Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pipettierautomat
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiger Pipettierautomat dient zum Auftragen
mehrerer Flüssigkeitsproben auf einen mikroporösen Träger,
wie einen Celluloseacetat- oder Agarosestreifen, der auf
dem Gebiet der Zonenelektrophorese und in anderen
Trennungsverfahren eingesetzt werden kann, einschließlich
dem der Dünnschichtchromatographie. Die Zonenelektrophorese
ist die Wissenschaft des Bewegens geladener Teilchen in
einem elektrischen Feld durch ein festes oder halbfestes
Medium hindurch. Dieses Verfahren wird am häufigsten
eingesetzt in der medizinischen Forschung und in
medizinischen Laboratorien zur Untersuchung verschiedener
Blutproteine.
Bei der Elektrophorese wird eine Blut- oder sonstige Probe
auf einen Träger aufgetragen, der dann einem elektrischen
Feld ausgesetzt wird, um die Bestandteile der Probe
voneinander zu trennen. Der bei der Elektrophorese
verwendete Träger kann u.a. Celluloseacetat, Agar, Agarose
und ein Acrylamidgel sein. Bei der Laborarbeit ist es
erwünscht, eine Vielzahl von Proben auf den Träger
aufzubringen derart, daß sie dem elektrischen Feld
gleichzeitig ausgesetzt werden können.
Die Proben können auf den Träger einzeln nacheinander mit
einer Handpipette aufgetragen werden, die dann aber mit
einem Spülmittel gereinigt und getrocknet werden muß, bevor
eine neue Probe angesaugt und auf den Streifen aufgetragen
werden kann.
Die vor der vorliegenden Erfindung bekannten Applikatoren
waren jedoch im wesentlichen nicht automatisch und
erfordern das Reinigen der Pipettenspitzen nach jedem
Auftragen auf den Träger.
Es sind Auftragsvorrichtungen zum gleichzeitigen bzw.
"parallelen" Auftragen von mehreren Flüssigkeitsproben auf
die Streifen konstruiert worden, wie sie auf der Seite 61
des General Products Catalog for 1984-1985 der Fa. Helena
Laboratories, Beaumont, Texas, angegeben sind. Derartige
Applikatoren können 8, 12 oder mehr Proben auf einen
mikroporösen Träger auftragen und haben den Vorteil, die
Elektrophorese leichter und reproduzierbar zu machen.
Aus der US-PS 44 78 094 geht ein Pipettierautomat der
eingangs genannten Art hervor, bei der eine Reihe von
Röhrchen durch eine Längsverschiebeeinrichtung in Bezug auf
eine Probenplatte oder umgekehrt und durch eine
Vertikalverschiebeeinrichtung vertikal derart verschiebbar
sind, daß aus Probenkammern der Probenplatte vorbestimmte
Flüssigkeitsmengen in die Röhrchen entnehmbar sind. Dabei
sind an einer Kolbenhebereinrichtung Kolben befestigt, die
durch eine Kolbenstelleinrichtung in den Röhrchen hin- und
herbewegbar sind. Es ist eine Steuereinrichtung vorgesehen,
die die verschiedenen Horizontal- und Vertikalbewegungen
der bewegbaren Vorrichtungsteile steuert.
Ein Problem besteht dabei darin, daß kleine
Flüssigkeitsmengen aus den Röhrchen nicht präzise auf einen
Träger aufgebracht werden können.
Aus der US-PS 39 51 605 geht eine Anordnung hervor, bei der
eine Reihe von Röhrchen horizontal unter eine entsprechende
Reihe von Sonden verfahrbar ist. Die Sonden sind an einem
vertikal verfahrbaren Rahmen derart gehalten, daß sie in
die Röhrchen eintauchbar sind, um aus diesen Flüssigkeit zu
entnehmen oder in diese Flüssigkeit einzubringen. Ähnliche
Anordnungen gehen aus der DE-OS 20 11 239, der US-PS 35 36 449
hervor. Aus der US-PS 38 07 959 geht eine Einrichtung
zum Übertragen von Flüssigkeitsmengen aus Kapillaren auf
eine Testplatte hervor. Hierzu werden die gefüllten
Kapillaren in einer horizontalen Lage in Kontakt zu einer
Testplatte gebracht, woraufhin die Kapillaren und die
Testplatte in eine schräge Lage verschwenkt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen
Pipettierautomaten der eingangs genannten Art dahingehend
zu verbessern, daß eine präzise Auftragung von sehr kleinen
Flüssigkeitsmengen aus den Röhrchen möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Pipettierautomaten der
eingangs genannten Art gelöst, der die im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen
Merkmale aufweist.
Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht
darin, daß eine Vielzahl von Röhrchen automatisch von einer
entsprechenden Vielzahl von Probenkammern mit
Flüssigkeitsproben füllbar sind und daß kleine
Flüssigkeitsmengen aus jedem Röhrchen präzise auf einen
Träger aufbringbar sind. Es sind Einrichtungen zum
selbsttätigen Waschen und Reinigen der Röhrchen während
jedes Arbeitszyklus vorgesehen, um dem Verschmutzen der
Röhrchen beim Auftragen neuer Flüssigkeitsproben auf einen
neuen Träger vorzubeugen. Vorteilhafterweise sind mit dem
erfindungsgemäßen Pipettierautomat sehr kleine Mengen der
Flüssigkeitsproben (in der Größenordnung von einem
Mikroliter) auf den Träger präzise auftragbar.
Ferner sind sehr kleine Mengen (in der Größenordnung von
einem Mikroliter) von Flüssigkeitsproben mit einer
Verdünnungsflüssigkeit verdünnbar und sind sehr kleine
Mengen der verdünnten Proben präzise auf einen Träger
auftragbar.
Die Spitzen der Röhrchen können vor und nach jedem
Auftragen von Flüssigkeitsproben auf den Träger trocken
getupft werden. Die Röhrchen können mit einer geeigneten
Flüssigkeit gespült und gereinigt werden.
Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen
im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer
Ausführungsform des Pipettierautomaten
mit aufgesetzter Probenplatte und Abdeckung;
Fig. 2 eine Darstellung des Pipettierautomaten zur
Verdeutlichung der funktionalen Zuordnung der Probenplatte
zu den in der Röhrchenhalteeinrichtung gehaltenen Röhrchen
sowie einer Kolbenhalteeinrichtung mit Kolben, die
bezüglich der Röhrchen auf- und abbewegbar ist;
Fig. 2A schaubildlich eine weitere Ausführungsform
des Pipettierautomaten, bei dem die
Halteplatte bezüglich der Probenplatte bewegbar ist;
Fig. 2B eine perspektivische Darstellung einer
weiteren Ausführungsform der Probenplatte mit einer
weiteren Reihe von Verdünnungsgefäßen;
Fig. 3 zum Teil im Schnitt eine Seitenansicht bei
abgenommener Abdeckung entlang der Linie 3-3 der Fig. 1;
Fig. 4 einen Schnitt durch den Schlitten und die
Probenplatte;
Fig. 5 eine Draufsicht entlang der Linie 5-5 der Fig. 1;
Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 5;
Fig. 7 eine in Vorwärtsrichtung gesehene Ansicht von der
Linie 7-7 der Fig. 3, wobei die Halteplatte bezüglich der
Grundplatte auf- und abgleitet und eine Reihe von Röhrchen
einzelner Pipetten sowie eine Zustellplatte trägt, die
bezüglich der Halteplatte vertikal bewegbar ist, um eine
Kolbenstange und mit dieser die Kolben in den Röhrchen der
einzelnen Pipetten vertikal zu bewegen;
Fig. 8 eine Draufsicht des Pipettierautomaten, wobei die
Halteplatte gestrichelt dargestellt ist;
Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie 9-9 der Fig. 7;
Fig. 10 eine der Fig. 7 ähnliche Darstellung, wobei aber
die Halteplatte nach unten verschoben ist und, die
Kolbenstange sich in ihrer oberen Stellung befindet, so daß
die Spitzen der Röhrchen sich in ihrer unteren Stellung
befinden und die Kolben aus Röhrchen ausgefahren sind;
Fig. 11 eine Schnittdarstellung entlang der Linie 11-11
der Fig. 10, die den Motor sowie den Zahnstangenantrieb
zeigt, der die Halteplatte über der Grundplatte auf- und
abbewegt;
Fig. 12 einen Schnitt entlang der Linie 12-12 der Fig. 10,
wobei die Halteplatte vom Zahnstangenantrieb und von
dem auf der im Rahmen festliegenden Zahnstange drehenden
Motor abwärts bewegt worden ist;
Fig. 13 eine der Fig. 7 und 10 entsprechende Darstellung,
wobei aber die Kolbenzustellplatte und die Kolbenstange
bezüglich der Halteplatte abwärts verschoben sind, so daß
die Kolben in den Röhrchen nach unten verschoben sind, so
daß zuvor die angesaugte Flüssigkeit aus den Röhrchen
ausgedrückt wurde;
Fig. 14 einen Schnitt entlang der Linie 14-14 der
Fig. 13;
Fig. 15 einen Schnitt entlang der Linie 15-15 der
Fig. 13;
Fig. 16 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung,
die Signale der Meldeeinrichtungen aufnimmt
und Steuersignale zur Steuerung der bewegbaren Vorrichtungsteile
erzeugt; und
Fig. 17 ein Flußdiagramm für das in dem Mikrocompu
ter gespeicherte Programm zum selbsttätigen Waschen,
Abtupfen und Einsaugen der Flüssigkeitsproben und für das Auftragen der
Proben auf den Träger.
Fig. 1 zeigt in einer Perspektivdarstellung den vorliegenden
Pipettierautomaten 10. Dieser
weist eine Grundplatte 12 auf, auf der eine
Probenplatte 16 bewegbar gelagert ist. Die Probenplatte 16
weist einen Raum 21 auf, in dem ein mikroporöser Träger
20, z. B. ein Celluloseacetat-
oder Agarosestreifen, wie er in der Zonenelektrophorese
oder bei anderen Trennungsverfahren einschließlich der Dünn
schichtchromatographie verwendet wird, befestigt werden kann. Eine Abdeckung 14
ist vorgesehen, hinter der ein Pipettenkopf 18 angedeu
tet ist.
Fig. 2 ist eine schaubildliche Darstellung der wesentli
chen mechanischen Elemente einer Ausführungsform des
vorliegenden Pipettierautomaten bei abgenommener Grundplatte 12 und Abdeckung 14.
In der Fig. 2 sind die Halterungselemente fortgelassen,
um die Erläuterung der Probenplatte 16 im Bezug auf die
Pipettenanordnung 70 zu vereinfachen. Die Verschiebeein
richtungen sind eher funktionsmäßig als in ihren tat
sächlichen baulichen Einzelheiten dargestellt, die in
den jeweiligen Figuren gezeigt und unter Bezug auf diese
erläutert sind.
Wie gezeigt, weist die Probenplatte 16 eine Reihe von
Probenkammern 24 sowie eine Waschrinne 26, eine Ab
wasserrinne 28 und den längsverlaufenden Raum 21 auf,
auf dem ein mikroporöser Träger 20 abnehmbar angeordnet
ist. Die Probenkammern 24, die Abwasserrinne 28 und die
Waschrinne 26 sind in höherliegenden Teilen 22 der
Probenplatte 16 angeordnet. Falls erwünscht, kann in jeder
Probenkammer 24 ein Kunststoff-Becher eingesetzt sein. Ein
Abtupfraum 32 ist zwischen der Abwasserrinne 28 und den
Probenkammern 24 auf im wesentlichen der gleichen Höhe
49 wie der Raum 21 angeordnet, auf dem der Träger
20 befestigt ist.
Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die verschiedenen Bereiche
der Probenplatte 16 in Längsrichtung unterschiedlich. Die
seitlichen Abstände zwischen den Probenkammern 24 ent
sprechen den Aufbringflecken 19 auf dem Träger 20.
Die Röhrchen 92 der Pi
pettenanordnung 70 sind in einer den Probenkammern 24 ent
sprechenden Reihe angeordnet. Flüssigkeit aus
diesen Probenkammern 24 wird von dem Pipettierautomaten angesaugt
und in einer entsprechenden Reihe in Form der Aufbringflecken 19 auf
den mikroporösen Träger 20 aufgetragen.
Es ist von Vorteil, die Probenkammern 24, die Abwasser
rinne 28 und die Waschrinne 26 in höherliegenden Teilen
22 der Probenplatte 16 vorzusehen, so daß die Halte
platte 80 der Pipettenanordnung 70 während der Wasch-,
Ablaß-, Abtupf-, Probenentnahme- und Probenaufbringungs
vorgänge nur zu einer gemeinsamen Abwärtsposition zu
laufen braucht. Es ist für den Durchschnittsfachmann
jedoch einzusehen, daß sich andere Anordnungen vorsehen
lassen, insbesondere mit unterschiedlichen Höhen der
Halteplatte 80.
Die schematisierte Darstellung der Fig. 2 zeigt, daß die
Probenplatte 16 unter der Pipettenanordnung 70 mit einem
Motor 40 vor- und rückwärts verschoben wird, der ein Ritzel
38 dreht, dessen Zahnung mit einer Zahnstange 36 kämmt.
Beim Drehen der Welle des Motors 40 wird die von der
Zahnstange 36 getragene Probenplatte 16 unter der
Pipettenanordnung 70 hin- und herbewegt.
Was nun die in Fig. 2 gezeigte Pipettenanordnung 70
anbetrifft, wird eine Halteplatte 80 mittels eines
Halteplattenmotors 116 auf- und abwärts bewegt, dessen
Ritzel 120 mit einer Zahnstange 122 kämmt. Die Elemente 116, 120 und 122 bilden eine Vertikalverschiebeeinrichtung. Die gesamte
Halteplatte 80 und die Röhrchen 92 der Mikrospritzen,
die an der Röhrchenhalteeinrichtung bzw. -stange 88 befestigt sind, die ihrer
seits an der Halteplatte 80 befestigt ist, wird durch das
Drehen des Halteplattenmotors 116 auf- und abwärts
geführt. Entsprechend werden die Kolben 94, die an der
Kolbenstange bzw. Kolbenhalteeinrichtung 90 und der Kolbenzustellplatte 84 befestigt
sind, relativ zur Halteplatte 80 durch die Drehung des
Kolbenplattenmotors 126 und dessen Ritzel 130 auf- und
abgeführt, das mit einer Zahnstange 132 kämmt, die der
Kolbenzustellplatte 84 zugeordnet ist. Zur klaren Dar
stellung sind der Kolbenplattenmotor 126, dessen Ritzel
130 und die Zahnstange 132 auf der Vorderseite der
Halteplatte 80 gezeigt. Tatsächlich ist diese Anordnung jedoch,
wie sie in den folgenden Figuren gezeigt ist, auf der
Rückseite der Halteplatte 80 durch Ausnehmungen in ihr
angeordnet. Die Elemente 84, 126, 130 und 132 bilden eine
Kolbenstelleinrichtung.
Die Fig. 2 zeigt also alle wesentlichen Elemente, die
das Vor- und Rückwärtsverschieben der Probenplatte 16
unter den Röhrchen 92 der Mikrospritzen die Vertikal
verschiebeeinrichtung für die Halteplatte 80 und
die Röhrchen 92 sowie die Ab- und
Aufwärtsbewegung der Kolben 94, der Kolbenstange 90 und
der Kolbenzustellplatte 84 bezüglich der Halteplatte 80
betreffen.
Fig. 2A zeigt schaubildlich eine alternative Ausfüh
rungsform des vorliegenden Pipettierautomaten, in der die Probenplatte 16 bezüg
lich der Grundplatte 12′ stationär bleibt, wobei die
Pipettenanordnung 70′ auf Rollen 300 längsverschiebbar
gelagert ist. Die Fig. 2A zeigt, daß die Probenplatte
zwei Einheiten aufweisen kann, und zwar eine Aufbring
platteneinheit 16A und eine Flüssigkeitsplatteneinheit
16B. Die Aufbringplatteneinheit 16A kann einen Träger 20′
lösbar aufnehmen, während die Flüssigkeitsplatteneinheit
16B eine Reihe von Probenkammern 24′, eine Abwasserrinne
28′, eine Waschrinne 26′ und einen Abtupfraum 32′ auf
weist. Die Arbeitsweise dieser alternativen Ausfüh
rungsform entspricht der der Ausführungsform der Fig. 2,
wobei jedoch die Verschiebe- und Meldeeinrichtungen zur
Längsverschiebung der Pipettenanordnung 70′ relativ zu
den Platteneinheiten 16A, 16B vorgesehen ist. Die Ein
zelheiten einer solchen Verschiebungs- und Meldeeinrich
tung sind für den Durchschnittsfachmann anhand der ent
sprechend aufgebauten Verschiebe- und Meldeeinrichtun
gen, wie sie unten ausführlich beschrieben ist, un
mittelbar erkennbar.
Fig. 2B zeigt eine alternative Probenplatte 16′, die
zusätzlich zu der Reihe von Probenkammern 24, der Ab
wasserrinne 28, der Waschrinne 26 und dem Abtupfraum 32
eine Reihe von Verdünnungsnäpfen 25 aufweist. Die auto
matische Verdünnung der Probenflüssigkeit ist unten
unter Bezug auf Fig. 2 ausführlich beschrieben.
Fig. 3 ist eine Seitenansicht entlang der Linie 3-3
der Fig. 1 mit teilweise weggeschnittenen Schienen 34,
um deren Aufbau zu zeigen. Die Schienen 34 werden von
Schienenträgern 48 gehalten, die in Fig. 5 gezeigt sind.
Die Pipettenanordnung 70 wird vertikal getragen von
einem Lagerblock 78, der an den Seiten der Grundplatte
12 befestigt und in Fig. 5 weiter dargestellt ist. Die
Pipettenanordnung 70 weist eine Rückwandplatte 86 und
eine Vorderwandplatte 73 auf. Eines der Röhrchen 92 der
Pipettenanordnung 70 ist in seiner aufrechten Anordnung
gezeigt.
Ein Schlitten 46 ist auf den Schienen 34 verschiebbar
angeordnet, wie ausführlicher in Fig. 6 gezeigt. Die
Zahnstangen 36 sind am Schlitten 46 angebracht und
bezüglich der Grundplatte 12 mit dem Motor 40
bewegbar, dessen Ritzel 38 mit der Zahnstange 36 kämmt. Die
Elemente 36, 38 und 40 bilden eine Längsverschiebeeinrichtung.
Entlang der linken Kante des Schlittens 46 sind Meldeeinrichtungen, vorzugsweise Kerben
vorgesehen. Diese Kerben wirken mit einem Auslöseschalter
zusammen und liefern die Längsposition des Schlittens 46
anzeigende Signale. Fig. 3 zeigt die Waschkerbe 50, die
Ablaßkerbe 52, die Abtupfkerbe 54, die Probenkammerkerbe
56, die Verdünnungskammerkerbe 57 (bei Verwendung der
alternativen Probenplatte 16′ der Fig. 2B) und die
Auftragkerbe 58.
Die Fig. 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch den Schlit
ten 46 und die Probenplatte 16 sowie die Waschrinne 26, die
Ablaßrinne 28 sowie eine der Probenkammern 24 auf dem
angehobenen Teil 22 der Probenplatte 16. Ein Abtupfraum 32 und
ein seitlicher Auftragsraum 21 sind auf der Platte 16
gezeigt. Das Löschpapier 30 ist im Abtupfraum 32 ge
zeigt, während ein mikroporöser Träger 20 wie Cellulo
seacetat oder Agarose im seitlich verlaufenden
Raum 21 befestigt ist.
Fig. 5 ist eine Draufsicht entlang der Linie 5-5 der
Fig. 1. Der Schlitten 46 ist auf den Schienen 34 gezeigt
und mit dem Motor 40, dem Ritzel 38 und der Zahnstange
36 bewegbar, wie ebenfalls dargestellt. Die Probenplatte
16 liegt in dem im Querschnitt U-förmigen Teil 47 des Schlit
tens 46.
Als Meldeeinrichtungen wirken die Kerben auf den Seiten des Schlittens 46
mit den Auslöseschaltern 60, 62 zusammen, die an den
Schienen 34 befestigt sind. Die federvorgespannten
Rollen 61, 63 werden auf die Längskanten des Schlittens
46 und in die Kerben gedrückt, während der Schlitten 46
an ihnen vorbeiläuft. Beispielsweise handelt es sich bei den
Kerben auf der linken Seite des Schlittens 46 um die
Waschkerbe 50, die Ablaßkerbe 52, die Abtupfkerbe 54,
die Probenkammerkerbe 56 und die Auftragkerbe 58.
Diese Kerben entsprechen den Längspositionen der Wasch
rinne 26, der Ablaßrinne 28, des Abtupfpapiers 30, der
Probenkammer 24 und der Aufbringflecken 19, wenn diese
Rinne, Kammern sowie die Abtupf- und Aufbringflecken
sich unmittelbar unter den Röhrchen 92 befinden.
Bewegt der Schlitten 46 sich rückwärts, wenn die Wasch
rinne 26 sich unmittelbar unter den Röhrchen 92 befin
det, läuft die Rolle 61 in die Waschkerbe 50 und betä
tigt den Auslöseschalter 60, der dem Mikroprozessor in der elek
tronischen Steuereinrichtung 200 (Fig. 3 und 16) meldet, daß die Wasch
rinne 26 sich unter den Röhrchen 92 befindet. Der Auslöseschalter
60 wird entsprechend betätigt, wenn die Rolle 61 in die
Kerben 52, 54, 56 und 58 einläuft, um die Lage der
jeweiligen anderen Rinnen, Kammern und Flecken unter den
Röhrchen 92 zu signalisieren.
Auf der rechten Seite des Schlittens 46 befindet sich eine
Kerbe 59, in der sich wie dargestellt, die Rolle 63 befindet.
Sie löst den Auslöseschalter 62 aus, um
anzuzeigen, daß der Schlitten 46 sich in der vordersten
Stellung befindet. Der Schalter 65 ist auf der Hinter
kante des Schlittens 46 angeordnet und schließt, wenn
die Hinterkante der Probenplatte 16 auf ihn aufläuft. Das so
erzeugte Signal meldet, daß die Probenplatte 16 sich in der
Sollage auf dem Schlitten 46 befindet. Der Anschlag 64
dient als Mittel, um die Aufbringflecken 19 unter den
Röhrchen 92 in die Sollage in Längsrichtung zu bringen,
wenn der Schlitten 46 sich in der hintersten Stellung
befindet.
Weiterhin zeigt Fig. 5 einen Startknopf 214, mit dem
dem programmierten Mikroprozessor befohlen wird, die
unten ausführlicher erläuterte Schrittfolge für den vorliegenden
Pipettierautomaten zu starten. Die Lampe 212 zeigt dem
Benutzer des Pipettierautomaten 10 an, daß die Stromversorgung
angeschaltet ist.
Fig. 6 zeigt in einem Schnitt in der Ebene 6-6 der
Fig. 5 die Mittel, mit denen der Schlitten 46 auf den
Schienen 34 hin- und hergefahren wird. Die Schienen 34
sind auf der Grundplatte 12 mit den Schienenträgern 48 gehalten.
Der Schlitten 46 hat in seinen Seitenflächen Schlitze
149, mit denen er auf den Schienen 34 gleitet.
Wie oben dargestellt, befindet die Probenplatte 16 sich in
einem ausgenommenen Teil 47 des Schlittens 46. Der
Motor 40 ist auf der Grundplatte 12 befestigt; seine
Welle 42 läuft in den Wellenlagern 44. Die an der Welle
42 befestigten Ritzel 38 kämmen mit den Zahnstangen 36,
die am Schlitten 46 angebracht sind. Dreht der Motor 40
unter der Steuerung durch den Microprozessor der Steuereinrichtung
200 (Fig. 16) in der einen oder anderen
Richtung, läuft der Schlitten 46 vor- bzw. rückwärts.
Fig. 7 zeigt die Pipettenanordnung 70 mit der
Blockrichtung nach rückwärts entlang der Linie 7-7 der
Fig. 3. Die Lagerblöcke 76 sind an den Lagerblöcken 78
mit den Schrauben 79 befestigt. Die Lagerblöcke
76 tragen vertikale Lagerpfosten 72, wie in Fig. 7, 10
und 13 und in den Draufsichten der Fig. 8, 11 und 14
gezeigt. Die Vorderwandplatte 73 und die Rückwandplatte
86 sind mit den Lagerblöcken 76 verschraubt.
Die Halteplatte 80 ist vertikal verschiebbar auf die
vertikalen Lagerpfosten 72 aufgesetzt. Lagerhülsen 74
sorgen für eine Gleitpassung zwischen den Lagerpfosten 72 und
den vertikalen Lagerblöcken 75. Die Halteplatte 80 ist
an einer Verlängerung der Lagerblöcke 75 mit den Schrau
ben 81 befestigt. In den Fig. 7 und 13 ist zu ersehen,
daß die Halteplatte 80 aus der in Fig. 7 gezeigten
oberen Stellung in die in Fig. 13 gezeigte untere
Stellung bewegt werden kann, da sie an den Lagerblöcken
75 befestigt und auf den Lagerpfosten 72 verschiebbar ist.
Die Röhrchenstange 88 ist an der Halteplatte 80 mit den
Schrauben 89 befestigt. Auf der Röhrchenstange 88 ist
eine Vielzahl von Röhrchen 92 angeordnet, deren
Enden 193 in der Röhrchenstange 88 auf eine unten beschriebene
Weise festgelegt sind. Wie in dem teilweise weggeschnit
tenen Teil der Röhrchenstange 88 dargestellt ist, legt eine
Sperrstange 91 den unteren Teil der Röhrchen 92 fest, um
sie zu stabilisieren. Die Führungsspitzen 97 enthalten Justier
schrauben 95, die unter die Bodenfläche der Sperrstange 91
vorstehen und mit einer Fläche 49 der Probenplatte 16 zusammen
wirken, um die unteren Spitzen 93 der Röhrchen 92 mit
dem Träger 20 und dem Abtupfpapier 30 auf der unteren
Fläche 49 der Platte 16 präzise vertikal auszurichten (Fig. 10).
Diese Einstellung erlaubt, die sich an den Enden der
Spitzen 93 gebildeten Tröpfchen, wenn die Kolben 94 in
den Röhrchen 92 abwärts gefahren werden, entweder auf
den Träger 20 oder auf das Abtupfpapier 30 leicht aufzutupfen.
Die Tröpfchen werden wegen ihrer geringen Größe (so
wenig wie 1 µl) und der Oberflächenspannung an den
unteren Spitzen 93 der Röhrchen 92
gehalten. Bringt man die Spitzen 93 in einen gringen Ab
stand zur Oberfläche des Trägers 20 oder des Abtupfpa
piers 30, entfällt die sie an den Röhrchen 92 haltende
Oberflächenspannung und sie lassen sich präzise auf das
Abtupfpapier 30 oder auf den Träger 20 aufbringen.
Führungen 183 sind an der Halteplatte 80 befestigt und
enthalten Nuten, in denen die Kolbenzustellplatte 84
entlang der Halteplatte 80 auf- und abbewegbar ist. Die
Kolbenzustellplatte 84 enthält Nuten, in die eine Kol
benstange 90 eingesetzt ist. Die Kolben 94 in den
Röhrchen 92 sind an der Kolbenstange
90 befestigt und stehen in die Röhrchen 92 hinein vor.
Wie in Fig. 7 gezeigt, befinden die Kolben 94 sich in
ihrer obersten Stellung in den Röhrchen 92. Die Kolben
zustellplatte 84 läßt sich entlang der Halteplatte 80
abwärts bewegen, wobei die Kolbenstange 90 relativ zur
Röhrchenstange 88 abwärts läuft, so daß die Kolben 94 in
den Röhrchen 92 ebenfalls abwärts fahren und die dort
enthaltene Flüssigkeit durch die Spitzen 93 ausdrücken,
so daß sich an diesen jeweils ein Tröpfchen bildet.
Es werden Signale erzeugt, die die Stellung der
Halteplatte 80 relativ zur Grundplatte 12 und die der
Kolbenzustellplatte 84 und der Kolben 94 relativ zur
Halteplatte 80 anzeigen. Der Schalter 106 auf der Halte
platte 80 wirkt mit dem unteren Anschlag 115 auf dem
Lagerbock 76 zusammen und liefert ein Positionssignal
für die unterste Stellung der Halteplatte 80. Wie auf
der rechten Seite der Halteplatte 80 gezeigt, befindet
sich dort ein oberer Schalter 105, der von der Berührung
mit dem oberen Anschlag 114 betätigt wird. Der obere
Schalter 105 liefert dann ein Signal an den Mikropro
zessor der Steuereinrichtung 200 (Fig. 3), das anzeigt, daß
die Halteplatte 80 sich in ihrer oberen Stellung befin
det.
Der auf der linken Führung 183 angeordnete Schal
ter 108 wirkt zusammen mit dem Aufbringnocken 100 für die
Aufbringposition und dem Waschnocken 102. Der Schalter
108 wird durch den Aufbringnocken 100 ausgelöst, wenn
die Zustellplatte 84 sich entlang der Halteplatte 80
aufwärtsbewegt, und der Schalter 108 wird vom Waschnocken 102
ausgelöst, während die Zustellplatte 84 weiter
aufwärtsläuft. Der Abwärtsnocken 104 löst den Schalter
110 auf der rechten Führung 183 aus, wenn die
Zustellplatte 84 ihre unterste Stellung erreicht hat, in
der die Kolben 94 sich in den Röhrchen 92 befinden.
Fig. 9 ist ein Schnitt entlang der Linie 9-9 der Fig. 7
und zeigt die Halteplatte 80 und die Zustellplatte 84 in
ihren oberen Stellungen. Der Halteplattenmotor 116 hat
die Halteplatte 80 durch das Drehen des Ritzels 120 in
der Zahnstange 122, die an der Rückwandplatte 86 und an
der Grundplatte 12 befestigt ist, in die
oberste Stellung gebracht.
Fig. 10 zeigt nun die Pipettenanordnung 70 bei in der
unteren Stellung befindlichen Halteplatte 80, aber bei
in ihrer oberen Stellung bezüglich der Röhrchenstange 88
befindlicher Kolbenstange 90 und Kolben 94. Die Röhrchen
92 befinden sich in einer unteren Stellung in der
Waschrinne 26, in der sie z. B. 5 µl Flüssigkeit aus
dieser ansaugen.
Fig. 11, eine Ansicht der Pipettenanordnung 70
entlang der Linie 11-11 der Fig. 10, stellt die An
triebsmechanik dar, die die Halteplatte 80 auf der
Grundplatte 12 auf- und abwärts bewegt. Der Halteplatten
motor 116 ist an der Halteplatte 80 mittels einer
Halteschraube 117 befestigt. Die Ausgangswelle des Halteplatten
motors 116 ist mit einem Ritzel 119 versehen, das mit
einem linken Zahnrad 120L kämmt, das über die Welle 124
mit dem rechten Zahnrad 120R gekoppelt ist. Die Welle 124
ist an der Halteplatte 80 mit den Wellenlagern 118
gelagert. An der Rückwandplatte 86 befestigte Zahnstan
gen 122 kämmen mit den Zahnrädern 120L, 120R. Bei der
Drehung des Halteplattenmotors 116 unter der Steuerung der Steuer
einrichtung 200 wird die Halteplatte 80 - je nach Drehrichtung -
auf- oder abwärts bezüglich der Grundplatte 12 und der
Rückwandplatte 86 durch den Zahnstangenantrieb bewegt.
Die Vorderansicht (Fig. 10) der Pipettenanordnung 70 bei
in der unteren Stellung befindlicher Halteplatte 80
zeigt die Zahnstangen 122. Diese Vorderansicht zeigt
auch bei in der am weitesten abgesenkten Stellung der
Halteplatte 80 die Justierschrauben 95 der Führungs
spitzen 97 geringfügig über der Fläche 49 der Probenplatte
16. Die Spitzen 93 liegen also geringfügig über der Fläche
49 der Probenplatte 16, so daß sich an den Spitzen 93
bildende Tröpfchen die Oberfläche betupfen und Proben
flüssigkeit auf den Träger 20 bzw. das Abtupfpapier 30 auf
bringen können.
Fig. 12 ist eine Schnittdarstellung des Pipettier
automaten entlang der Linie 12-12 der Fig. 10 und zeigt,
daß der Halteplattenmotor 116 für die Halteplatte 80 sein Ritzel
120 so gedreht hat, daß die Halteplatte 80 abwärts
bezüglich des Fußes und des höherliegenden Teils 22 der Proben
platte 16 bewegt worden ist. Das Röhrchen 92 ist also in
eine der Rinnen im höherliegenden Teil 22 der Proben
platte 16 eingefahren. Als Beispiel ist eine Waschrinne 26
gezeigt, in die die Röhrchen 92 von der
Halteplatte 80 abgesenkt worden sind und Flüssigkeit aus
der Waschrinne 26 in die Röhrchen 92 eingesaugt worden ist,
nachdem die Zustellplatte 84 die Kolben 94 aufwärts
gezogen hat. Aus den Fig. 11, 12 ergibt sich, daß die
Halteplatte 80 bezüglich des höherliegenden Teils 22 auf-
und abwärts bewegt wird, mittels des Halteplattenmotors 116, bei
dessen Drehung das Ritzel 120 auf der festliegenden Zahn
stange 122 auf- und abläuft.
Fig. 13 zeigt nun den Zustand der Pipettenanordnung
70, wenn die Kolbenzustellplatte 84 abwärts gefahren ist
und die Kolben 94 wieder in die Röhrchen 92 eingeschoben
hat, so daß dorthin angesaugte Flüssigkeit in den Auf
bringraum auf das Abtupfpapier 30 oder in ein Ablaßgefäß
ausgedrückt wird. Es ist zu ersehen, daß der Schalter
108 einen solchen Zustand angenommen hat, daß bei einer
Aufwärtsbewegung der Kolbenzustellplatte 84 er zunächst
vom Aufbringnocken 100 und dann vom Waschnocken 102
ausgelöst wird, die ein Mittel sind, um die Stellung der
Kolbenzustellplatte 84 bezüglich der Halteplatte 80 zu
melden.
Fig. 14 ist eine Draufsicht entlang der Linie 14-14 der
Fig. 13 und zeigt die Antriebsmechanik, die die Zustell
platte 84 entlang der Halteplatte 80 auf- und abwärts
bewegt. Der Kolbenplattenmotor 126 für die Zustellplatte 84 und die Kolben
stange 90 ist an der Halteplatte 80 mit einer Schraube 127
festgelegt. Die Ausgangswelle des Motors 126 trägt ein
Ritzel 128, das mit einem Zahnrad 130R kämmt, das über
eine Welle 134, die in Lagerblöcken 118 läuft, die auch
die Welle 124 tragen (vergl. Fig. 11), mit einem Zahnrad
130L gekoppelt ist. An der Rückseite der Zustellplatte
84 sind Zahnstangen 132 befestigt, die durch Öffnungen
136 in der Halteplatte 80 vorstehen und mit den Zahnrädern
130L, 130R kämmen. Dreht der Kolbenplattenmotor 126 im Uhrzeiger-
oder im Gegenuhrzeigersinn, wird die Zustellplatte 84
bezüglich der Halteplatte 80 auf- oder abwärtsgefahren.
Fig. 13 zeigt die Öffnungen 136 in der Halteplatte
80, durch die Zahnstangen 132 vorstehen.
Weiterhin zeigt Fig. 14, wie die Enden 193 der
Röhrchen 92 lösbar an der Röhrchenstange 88 festgelegt
sind. Diese weist eine Aufnahmestange 138 auf,
die Kerben 140 entlang ihrer Vorderfläche enthält. Die
Köpfe 193 sind in diese Kerben eingesetzt und mittels
einer Haltestange 139 festgelegt, die die Röhrchen 92
vertikal in der Sollage hält und ihrerseits mit den
Schrauben 141 an der Aufnahmestange 138 befestigt ist.
Die Sperrstange 91 ist entsprechend der Röhrchenstange 88 aufge
baut. Die Röhrchenstange 88 bietet eine lösbare Befesti
gungseinrichtung, mit der die Röhrchen 92 sich leicht
auswechseln lassen, wenn sie unbrauchbar werden oder
zerbrechen.
Fig. 15 ist eine Schnittdarstellung entlang der
Linie 15-15 der Fig. 13 und zeigt die Halteplatte 80 in
ihrer untersten Stellung. Die Zustellplatte 84 ist
abwärts gefahren, wo die Kolbenstange 90 sich an der
Röhrchenhaltestange 88 befindet. Fig. 15 zeigt die
Zahnstangen 132 der Zustellplatte 84 , die durch die Schlitze
in der Halteplatte 80 vorstehen, sowie ihren Eingriff
mit einem Zahnrad 130, das der Kolbenplattenmotor 126 für die Zu
stellplatte 84 dreht. Das Röhrchen 92 befindet sich z. B.
gerade in einem Ablaßgefäß. Der Kolben 94 ist von der
Zustellplatte 84 abwärtsgedrückt worden, die die Kolben
stange 90 in die unterste Stellung gefahren hat. Natürlich
hat sich zwischen den Ansichten der Fig. 12 und 15 der
höherliegende Teil 22 der Probenplatte 16 in Längsrichtung relativ
zur Pipettenanordnung 70 verschoben.
Fig. 16 zeigt schaubildlich die Mittel, mit denen
die Halteplatte 80 und die Kolbenzustellplatte 84 im
automatischen Pipettiervorgang gesteuert werden. Die
Steuereinrichtung 200 umfaßt einen integrierten Mikrocomputer-
Baustein vorzugsweise des Typs HD68PO1VO7 der Fa. Hitachi
Corporation. Dieser Baustein enthält eine zentrale
Verarbeitungseinheit (CPU) 102A, einen Lesespeicher
(ROM) 201B, einen Schreib/Lese-Speicher (RAM) 201C,
einen Zeitgeber 201D, eine Ausgabeschnittstelle 201E und
eine Eingabeschnittstelle 201F. Der Lesespeicher 201B
enthält das Programm, das den gesamten automatischen
Arbeitsvorgang steuert und unten erläutert ist.
Fig. 16 zeigt den Motor 40, den Halteplat
tenmotor 116 und den Kolbenplattenmotor 126, die alle
über Motorantreiberschaltungen 202, 203 bzw. 204 - z. B.
des Typs UDN-2952B der Fa. Sprague Corporation - ange
steuert werden. Diese Motortreiber dienen dazu, die
Drehzahl und die Drehrichtung der Motoren zu steuern.
Weiterhin sind für die Motoren Unterbrechungsschaltungen
205, 206, 207 vorgesehen, die die Motordrehung anspre
chend auf ein Verschiebesignal aus der Steuereinrichtung 200
schnell unterbrechen können. Diese Unterbrechungsschal
tungen arbeiten vorzugsweise mit Triacs des Typs 2N 6075.
Die Positionsdetektorschaltungen 208 stellen die Strom
kreise mit den Auslöseschaltern 60, 62 dar, die in Fig. 5
gezeigt sind und die Stellung des Schlittens 46 und der
Probenplatte 16 bezüglich der Pipettenanordnung 70 anzeigen.
Die Stellungsdetektorschaltungen 209 wirken mit dem
unteren Schalter 106 und dem oberen Schalter 105 zu
sammen und melden die obere und untere Extremlage der
Halteplatte 80 über der Grundplatte 12.
Die Stellungsdetektorenschaltungen 210 sind die den
Schaltern 108, 110 zugeordneten Stromkreise. Sie zeigen
die Stellung der Zustellplatte 84 relativ zur Halte
platte 80 an. Die aus diesen Stellungsdetektoren kommen
den Signale sind mit einem Bündel elektrischer Leitungen
215 an die Eingabeschnittstelle 201F der Steuereinrichtung
200 gelegt dargestellt.
Die Alarmschaltung 211 des Pipettierautomaten 10 ist z. B. ein
akustischer Melder des Typs EAF14RO6C der Fa. Panasonic.
Er signalisiert akustisch Betriebsfehler des Pipettierautomaten 10
oder deren Arbeitsbereitschaft.
Die Anzeigeschaltung 212 ist eine Anzeigenlampe, die (in
Fig. 5 gezeigt) dem Benutzer meldet, daß die Spannungs
versorgung des Pipettierautomaten eingeschaltet ist. Die Sperr
schaltung 213 stellt einen Stromkreis mit dem
Schalter 65 der Probenplatte 16 dar und zeigt das Vorliegen
bzw. Fehlen der Probenplatte 16 auf dem Schlitten 46 an. Die
Befehlsschaltung 214 ist ein Drucktaster, mit dem der
automatische Pipettiervorgang gestartet bzw. abgebrochen
wird.
Im Betrieb nimmt die CPU 201A die Befehlsfolge des im
ROM 201B abgelegten Programms sowie Stellungsinforma
tionen hinsichtlich der beweglichen Vorrichtungsteile
auf, indem sie die binär kodierten Daten aus der Ein
gangsschnittstelle 201F liest und dekodiert, die ihre Infor
mationen auf den Leitungen 215 aus den Stellungs
schaltungen 208, 209, 210 erhält.
Der Mikroprozessor CPU 201A erhält dann einen Eingabebe
fehl, infolgedessen er den Vorgang startet oder ab
bricht, indem er die binär kodierten Daten aus der
Eingabeschnittstelle 201F liest und dekodiert, die an
die Befehlsschaltung 214 angeschlossen ist, bei der es
sich um den in Fig. 5 gezeigten Drucktaster handeln
kann.
Fig. 17 zeigt als Flußdiagramm die von der CPU 201A
unter Programmsteuerung durchgeführten Schritte. Die CPU
201A bestimmt die Gültigkeit eines Startbefehls, indem
sie zunächst die binärkodierten Daten an der Eingangs
schnittstelle 201F liest und dekodiert, die ein Signal
aus der Sperrschaltung 213 aufnimmt. Dieser Vorgang
stellt sicher, daß die Probenplatte 16 vollständig in den
Schlitten 46 eingesetzt ist.
Die Einheit CPU 201A läßt nun die Motoren
40, 116 bzw. 126 in der erforderlichen Richtung laufen,
indem sie die geeigneten binärkodierten Daten in die
Ausgabeschnittstelle 201E schreibt, die die Motortrei
berschaltungen 202, 203 und 204 ansteuert. Die Mikropro
zessoreinheit CPU 201A läßt die Bewegung genau dann
abbrechen, wenn die erforderliche Stellung erreicht ist,
indem sie die erforderlichen Binärcodes an die Ausgangs
schnittstelle 201E schreibt, die die Motortreiberschal
tungen 202, 203, 204 ansteuert, um den Antrieb anzustel
len, und sie schreibt weiterhin die erforderlichen
Binärcodes in die Ausgabeschnittstelle 201E, die die
Unterbrechungsschaltungen 205, 206, 207 ansteuert, um
die Motoren 40, 116, 126 elektronisch zu stoppen.
Die Einheit CPU 201A meldet dann, daß der Pipettierauto
mat 10 bereit ist oder daß eine Probenplatte 16 fertig behandelt
oder ein Fehler aufgetreten ist, indem sie die entspre
chenden Binärcodes in die Ausgabeschnittstelle 201E
schreibt, die die Alarmschaltung 211 ansteuert, die
ihrerseits einen akustischen Alarm abgibt.
Der Zeitgeber 201D der Fig. 16 wird von der Einheit CPU
201A verwendet, um elektrische oder mechanische Fehler
der Stellmechanik zu bestimmen. Dies erfolgt durch
Messen der Zeit, die während eines Motorsteuerbefehls
abläuft. Ist der Vorgang nicht innerhalb einer vorge
schriebenen Zeitspanne abgelaufen, wird der Ansteuerbe
fehl abgebrochen und der Alarm aktiviert, indem die
Einheit CPU 201A die geeigneten binärcodierten Daten in
die Ausgabeschnittstelle 201E schreibt, die an die Alarm
schaltung 211 ansteuert. Der Zeitgeber 201D dient auch
dazu, die Wiederholungsfrequenz des Alarms zu bestimmen,
so daß die Einheit CPU 201A der Bedienungsperson auch
die Art des aufgetretenen Fehlers mitteilen kann.
Wie Fig. 17 zeigt, lassen sich, wenn der vorliegende
Pipettierautomat läuft, eine breite Vielfalt
von unterschiedlichen Anwendungen ausführen. Die in Fig.
17 gezeigte Schrittfolge ist dahingehend bevorzugt, daß
zunächst 5 µl einer Reinigungsflüssigkeit, wie des
tilliertes Wasser, in die Röhrchen 92 aus der Wasch
rinne 26 angesaugt und dann das Wasser in den Röhrchen 92 in
die Abwasserrinne 28 ausgegeben wird. Sodann werden die
Spitzen 93 getrocknet, indem sie auf ein Löschpapier 30
abgesenkt werden, wie in Fig. 5 gezeigt.
Danach werden die Röhrchen 92 bei eingefahrenen Kolben 94 in
ihre obere Stellung gefahren, der Schlitten 34 wird nach hinten
verschoben und die Röhrchen 92 werden in die Probenkammern 24
gesenkt. Die Kolben 94 werden angehoben, so daß eine kleine
Menge jeder Flüssigkeitsprobe - z. B. zu untersuchendes
Patientenblut - angesaugt wird. Soll das Blut unverdünnt
bleiben, werden die Proben nun präzise auf den Cellu
loseacetat- oder Agarosestreifen aufgetragen. Die
Röhrchen 92 werden erneut angehoben, und der Schlitten 34 wird
vorwärts geschoben, bis die Waschrinne 26 sich unter den
Röhrchen 92 befindet. Dann wird die Halteplatte 80 abgesenkt
derart, daß erneut destilliertes Wasser in die Röhrchen 92
eingesaugt und dann in die Abwasserrinne 28 gegeben wird.
Soll die Probenflüssigkeit verdünnt werden, kann die
Probenplatte 16 der Fig. 2B anstelle der der Fig. 2 verwen
det werden. Das im Flußdiagramm der Fig. 17 gezeigte
Steuerprogramm verzweigt dann in eine Verdünnungsroutine.
Vorzugsweise werden hierzu weitere 4 µl Flüssigkeit aus
dem Waschgefäß angesaugt. Es ist dann jedes Röhrchen 92 mit
4 µl Verdünnungsflüssigkeit (z. B. Wasser) und 1 µl
einer Blutprobe (z. B. einer anderen Flüssigkeit) ge
füllt. Danach werden die gesamten 5 µl Röhrcheninhalt
in die zugehörigen Verdünnungsnäpfe 25 in der Platte der
Fig. 2B gegeben. Dieser Vorgang läßt sich beliebig oft
wiederholen, um die Probe mit der Verdünnungsflüssigkeit
(Wasser) zu vermischen. Schließlich wird eine 1 µl-
Probe des verdünnten Bluts in jedes Röhrchen 92 entspre
chend dem oben beschriebenen Vorgang eingesaugt. Die
Routine fährt dann so fort, wie dies oben beschrieben ist,
und trägt die 1 µl verdünnter Proben auf den Träger 20
auf.
Die oben beschriebene Verdünnungsroutine ist bevorzugt,
es lassen sich aber auch andere Routinen verwenden, um
die Blutprobe wirkungsvoll mit Verdünnungsflüssigkeit zu
vermischen. Z. B. kann eine erste vorbestimmte Menge der
Flüssigkeitsprobe in jedem Röhrchen 92 in die Verdün
nungsnäpfe 25 gegeben werden, dann eine vorbestimmte Menge
der Waschflüssigkeit. Nach dem Vermischen der Wasch- mit
der Probenflüssigkeit (z. B. nach dem oben beschriebenen
Mischverfahren) wird aus den Verdünnungsnäpfen 25 eine
gleiche Menge der Flüssigkeitsproben angesaugt und auf
den Träger 20 aufgebracht.