DE3844869C2 - Elektrophorese-Probenträger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrophorese-Probenträger mit einem elektrisch nicht- leitenden Schichtträger mit einem auf diesen aufgetragenen Elektrophoresemedium. Ein derartiger Elektrophorese- Probenträger findet Verwendung in einer Vorrichtung sowie in einem Verfahren zur Automatisierung des Elektrophoreseprozesses.

Die Elektrophorese ist die Technik der Bewegung geladener Teilchen in einem elektrischen Feld durch feste oder halbfeste Materie. In medizinischen Forschungslabors wird das Verfahren am häufigsten zur Analyse auf verschiedene Blutproteine eingesetzt.

Bei der Diagnose der Krankheiten von Mensch und Tier lassen sich bekannterweise viele Informationen aus der Analyse bestimmter Körperflüssigkeiten, wie Blutserumproteinen, Lipoproteinen, Hämoglobin und Isoenzymen gewinnen. Es ist ebenfalls bekannt, daß die Elektrophorese ein wirksames Verfahren zum Trennen der Bestandteile solcher Flüssigkeiten zur Mikroskopanalyse oder zur Dichtemessung zwecks Analyse der Proben unter Anwendung optischer Mittel darstellt.

Bei der grundsätzlichen Verfahrensweise der Elektrophorese werden geladene Moleküle der Probenflüssigkeit unter einem elektrischen Feld getrennt, wobei die zu untersuchende Probe auf einen Probenträger aufgebracht wird, der eine mit einer Puffersubstanz befeuchtete poröse Oberfläche hat. Da die verschiedenen Bestandteile der Flüssigkeit unterschiedlich schnell durch den Probenträger wandern, läßt eine flüssige Probe sich in ihre Bestandteile zerlegen. Nach einem Einfärben der Bestandteile im Träger können diese dann einer optischen Dichtemessung oder einem anderen Prüfverfahren unterziehen.

Die Elektrophorese ist in ihrer Schrittfolge seit Jahren von Hand durchgeführt worden. Hierzu hat typischerweise ein(e) Laborant(in) eine Elektrophoresekammer durch Füllen geeigneter Hohlräume in dieser mit Pufferlösung vorbereitet. Bei einer Pufferlösung handelt es sich um eine Flüssigkeit, die bei der Elektrophorese zum Feuchthalten der Oberfläche des Probenträgers und zum Darstellen einer elektrischen Schnittstelle zu einer an die Kammer angeschlossenen Stromquelle dient, so daß ein elektrisches Feld an den Probenträger gelegt werden kann.

Ist die Vorbereitung der Elektrophoresekammer abgeschlossen, werden Proben möglichst genau gleicher Größe an Sollstellen auf den Probenträger aufgebracht und dieser so in die Elektrophoresekammer eingesetzt, daß seine schmalseitigen Kanten in zwei Pufferkammern hineinragen. Die Elektrophorese erfolgt dann mit einer genauen und stetigen Hochspannung, die für ein genau bemessenes und immer gleichgehaltenes Zeitintervall an die Pufferkammern angelegt wird.

Nach Abschluß der Elektrophorese wird auf die Oberfläche des Probenträgers eine Schicht eines Einfärbemittels (Reagens) gleichmäßig aufgetragen und diesem und der Probe während einer genau bemessenen und immer gleichgehaltenen Zeitspanne die Gelegenheit zur Reaktion geboten. Bei dem Einfärbemittel handelt es sich um eine Flüssigkeit, die sich nach der Elektrophorese mit den getrennten Bestandteilen der flüssigen Probe verbinden soll, damit diese optisch auswertbare Eigenschaften annehmen.

Weiterhin wird der Probenträger in einem temperaturgeregelten Ofen unter genau bemessenen und gleichgehaltenen Zeit- und Temperaturbedingungen inkubiert. Dabei ist die Inkubation der Vorgang einer kontrollierten chemischen Reaktion zwischen den Bestandteilen der flüssigen Probe und dem Einfärbemittel durch Aufbringen von Wärme innerhalb einer festen Zeitspanne.

Die Probenplatte wird nun getrocknet, indem die Ofentemperatur für ein zweites genau bemessenes und gleichgehaltenes Zeitintervall erhöht wird. Mit dem Trocknen wird die Reaktion zwischen der Probenplatte und dem Reagens durch den Entzug von Wasser zum Stillstand gebracht.

Eine der Schwierigkeiten bei einer Vorbereitung des Probenträgers von Hand ist, daß die zu analysierenden Flüssigkeitsproben mehrfach auf den der Elektrophoresebehandlung zu unterziehenden Probenträger aufgebracht werden. Sie lassen sich mit einer Handpipette nacheinander auftragen; die Pipette muß aber mit einem Reinigungsmittel gespült und abgetupft werden, bevor eine neue Probe angesaugt und auf den Streifen aufgetragen werden kann. Man hat Auftragsvorrichtungen konstruiert, die Flüssigkeitsproben gleichzeitig bzw. "parallel" auf die Streifen auftragen. Derartige Auftragsvorrichtungen sind auf der Seite 61 des "General Product Catalog for 1984-1985" der Fa. Helena Laboratories, Beaumont, Texas, V. St. A., beschrieben. Sie tragen acht, zwölf oder mehr Proben auf einem mikroporösen Probenträger auf und haben den Vorteil, die Elektrophoresebehandlung leichter durchführbar und reproduzierbarer zu machen.

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahrensweisen zur automatisierten Elektrophorese und Einfärbung einer Vielzahl von Proben auf einem Probenträger bekannt. Beispielsweise beschreiben die US-Patente 43 60 418 (Golias) und 43 91 689 (Golias) eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatisierten Elektrophorese- und Einfärbebehandlung.

Bekannte Vorrichtungen und Verfahren zum optischen Abtasten von elektrophoretisch behandelten und eingefärbten Probenträgern sind mit Photovervielfacherröhren, Photodioden und dergl. Bauelementen aufgebaut worden, die eine dem einfallenden Licht proportionale Spannung (bzw. einen proportionalen Strom) liefern. Derartige Einrichtungen bezeichnet man im allgemeinen als Detektoren. Mit diesen Detektoren arbeitende bekannte Geräte werden zur Bestimmung verschiedener physikalischer Eigenschaften der elektrophoretisch behandelten Proben eingesetzt. Die hinsichtlich der getrennten Probenbänder interessierenden Eigenschaften sind die Größe und optische Dichte bzw. die Intensität des abgegebenen Lichts einer sich von der der erregenden Lichtquelle unterscheidenden Wellenlänge. Getrennte Bänder jeder elektrophoretisch behandelten Probe stellen bekannte Bestandteile der geprüften Probe dar; es ist erwünscht, sie zur Unterstützung der medizinischen Diagnose bzw. Forschung zu quantifizieren.

Bei einem bekannten Elektrophorese-Probenträger der eingangs erwähnten Art (Dr. Lilly Vamos: Elektrophorese auf Papier und anderen Trägern, Akademie-Verlag, Berlin 1972, Seiten 268-272) ist eine Agarschicht vorgesehen und der Probenträger muß exakt horizontal liegen, damit die Stärke der erstarrten gelartigen Agarschicht überall gleich ist, und zwar gewöhnlich 1 bis 2 mm.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrophorese- Probenträger in spezieller Gestaltung zur Verfügung zu stellen, die insbesondere für den Einsatz in einer Vorrichtung sowie in einem Verfahren zur Automatisierung des Elektrophoreseprozesses geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Paar Reservoirstreifen aus elektrisch leitfähigem Material, die in Verbindung mit dem Elektrophoresemedium stehen und jeweils an den Längsenden des Probenträgers quer über diesen verlaufen.

Vorzugsweise ist mindestens eine Vertiefung im Elektrophoresemedium zwischen den Reservoirstreifen vorgesehen.

Der Probenträger ist typischerweise ein Abschnitt Mylarfolie, die mit einer Gelsubstanz wie Celluloseacetat oder Agarose beschichtet ist. Bei der zu prüfenden flüssigen Probe handelt es sich typischerweise um ein Blutserum; es kann sich aber auch um andere Flüssigkeiten handeln, deren Bestandteile sich in einem elektrischen Feld in Bewegung setzen lassen.

Das Elektrophoresemedium ist im wesentlichen gleichmäßig und bildet auf dem Schichtträger eine ebene Oberfläche, und die querverlaufenden Reservoirstreifen liegen vertikal höher als die ebene Oberfläche.

Während des Elektrophoreseprozesses ist eine Probenplatte, auf dem Sockel in einer von der Auftragplatte in Längsrichtung beabstandeten Position angeordnet und weist eine Vielzahl von Vertiefungen zur Aufnahme flüssiger Proben auf, die zu einer oder mehreren seitlichen Reihen angeordnet sind. Vor Inbetriebnahme der Vorrichtung werden zu untersuchende flüssige Proben in die Vertiefungen eingebracht. Mit einem Robotgestell erfolgt eine Translation zwischen der Probenplatte und der Auftragplatte durch eine Öffnung in einer Seitenwand des Abtastkastens. Das Robotgestell trägt eine Reihe von Pipetten, eine oder mehrere Flaschen mit Einfärbemittel (Reagens) und einen oder mehrere Elektromagneten mit den zugehörigen Kolben.

Rechnergesteuert werden flüssige Proben von der Probenplatte in einer seitlich verlaufenden Reihe auf die Oberfläche des Probenträgerstreifens aufgetragen. Mit vertikal magnetisierten Pfosten zusammenwirkende Elektrodenstäbe liefern einen seitlich durch den Probenträgerstreifen verlaufenden Flächenstrom, infolgedessen auf elektrophoretischem Wege Bestandteile der flüssigen Proben in Längsrichtung auswandern, während die Auftragplatte gekühlt wird.

Unter Rechnersteuerung wird dann die Analogdarstellung der längsverschobenen Bestandteile der flüssigen Proben zu einer digitalen Darstellung der Dichte oder Helligkeit als Funktion ihrer Längs/Laterial-Koordinaten auf dem Probenträger umgewandelt. Durch rechnerische Behandlung im Rechner können der seitliche Abstand und die entsprechende Dichte jedes Bestandteils jeder einzelnen Probe bestimmt werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen erläutert:

Fig. 1 ist eine Perspektivdarstellung eines Elektrophoreseautomaten mit einem Robotgestell zwischen einer Probenplatteneinheit und einem mikroporösen Probenträger in einem Abtastkasten, wobei die Fronttür des Abtastkastens weggelassen ist, um dessen Inneres zu zeigen.

Fig. 1A zeigt den Elektrophoreseautomaten mit einem zugehörigen Rechner, der Befehls- und Steuersignale für die digitale Steuerung des Automaten liefert und nach der Abtastung die Dichteanalyse der Probenplatten durchführt.

Fig. 2 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht des Elektrophoreseautomaten und zeigt den Robot-Portalkran, die Proben/Wasch/Abtupf-Platteneinheit, die Auftragplatte, den mikroporösen Probenträger, den Abtastkasten und eine auf diesem angeordnete Videokamera.

Fig. 3 ist eine Draufsichtdarstellung des Elektrophoreseautomaten aus der Ebene 3-3 der Fig. 2 und zeigt die Proben/Wasch/Abtupf-Platteneinheit, den mikroporösen Probenträger, die zugeordnete Elektroden- und Verteilerstangenanordnung und das Robot-Krangestell.

Fig. 3A ist ein elektrisches Schaltbild einer Spannungsquelle, die über die beiden Elektrodenpfosten an Längsenden des Probenträgers gelegt ist, und zeigt den flächig längs des Probenträgers fließenden Elektrophoresestrom.

Fig. 3B zeigt das gleichzeitige Anlegen eines Stromes an eine Kühl/Heizeinrichtung unter der Auftragplatte, auf der sich der Probenträger während des Anliegens des Elektrophoresestroms an den Probenträger befindet, sowie die Möglichkeit, zum Heizen Strom in der entgegengesetzten Richtung an die Einrichtung anzulegen.

Fig. 3C und 3D zeigen die Elektro­ den/Verteilerstangen-Anordnung.

Fig. 3E zeigt das Auswandern von Bestandteilen der Proben auf dem Probenträger nach durchgeführter Elektrophoresebehandlung.

Fig. 3F zeigt eine alternative Anordnung zum Anlegen eines Elektrophoresestroms an einen Probenträger, so daß der Strom als Flächenstrom in Längsrichtung entlang des Probenträgers fließt, und

Fig. 4 bis 9 sind schaubildliche Darstellungen der verschiedenen Schritte, mit denen die Robotkrananordnung Proben auf den mikroporösen Probenträger und nach der Elektrophoresebehandlung ein Reagens aufbringt und dieses auf der Oberfläche des mikroporösen Probenträgers verteilt, sowie die elektronische Abtastung des Probenträgers nach dessen Inkubation und Trocknung.

Die Fig. 1 und 1A zeigen den Elektrophoreseautomaten 10 mit dem zugehörigen Digitalrechner 400. Wie in Fig. 1 gezeigt, hat der Elektrophoreseautomat 10 einen Unterteil bzw. Sockel 16, auf dem die Probenplatteneinheit 14 und eine Elektrophoresekammer 13 zur Aufnahme eines mikroporösen Probenträgers 12 angeordnet sind. Ein für die Elektrophorese geeigneter Probenträger ist vorzugsweise eine MYLAR-Schichtträgerfolie mit einer Beschichtung aus Celluloseacetat, Agarose oder Agargel. Der spezielle Aufbau des erfindungsgemäßen Probenträgers ist unten ausführlich beschrieben.

Der Elektrophoreseautomat 10 weist eine Robotkrananordnung 30 auf, die in Längsrichtung zwischen der Probenplatteneinheit 14 und der Elektrophoresekammer 13 laufen kann. Der Elektrophoreseautomat 10 weist einen Abtastkasten 100 mit einer Seitenwandung 106, einer Eingangswandung 102 und einer Rückwand auf. In Schlitze 104 auf der Vorderseite des Abtastkastens kann während der Elektrophorese, des Einfärbens und des elektronischen Abtastens der Proben auf dem Probenträger eine Tür (nicht gezeigt) eingeschoben werden. Die Tür kann mit einer elektrischen Verriegelung in einer Sicherung in einem Stromkreis mit der Schaltung versehen werden, die die Hochspannung für die Elektrophorese liefert, so daß bei offener Tür in der Kammer 13 keine Elektrophoresespannung liegen kann. Diese Sicherung verhindert, daß die Bedienungsperson an den 2000 bis 3000 V, die in der Elektrophoresekammer liegen können, versehentlich einen elektrischen Schlag erleidet. Eine - in der Offenstellung gezeigte - Abdeckung 92 kann in Längsrichtung verschoben werden, um die Elektrophoresekammer zu öffnen und zu schließen.

Leuchtstofflampen 110A-110D im Oberteil des Abtastkastens beleuchten den Probenträger 12 während der elektronischen Abtastung mit einem aus der Kamera 114 und der Linse 112 bestehenden System unter Steuerung durch den Rechner 400. Die digitale Steuerschaltung 300 zur Steuerung der Robotanordnung 30 und der Elektrophoresebehandlung ist mit einem Rechner 400 gekoppelt. Eine Videographik-Kathodenstrahlröhre 406 ist auf dem Elektrophoreseautomaten angeordnet und liefert unter Steuerung durch den Rechner 400 eine Bilddarstellung von Überwachungsinformationen für die Bedienungsperson. Die Eingabe an den Rechner erfolgt mittels einer Tastatur 407. Ein Textbildschirm 405 kann Teil des Rechners 400 sein.

Die Fig. 2 zeigt an einem Vertikalschnitt durch den Automaten 10 Einzelheiten der Probenplatteneinheit 14, der Robotkrananordnung 30, der Elektrophoresekammer 13 und des Systems Kamera/Linse 114/112 im Abtastkasten 100. Der Automat 10 hat einen Sockel 16, auf dem eine waagerechte Lagerplatte 15 angeordnet ist, die die Probenträgereinheit 14 trägt. Die Probenträgereinheit 14 entspricht der in der US-PS 48 27 780 der Anmelderin gezeigten, aus der die Einzelheiten des automatischen Auftragens von Proben aus einer Probenplatte auf einen abgesetzt angeordneten Probenträger hervorgehen.

Die Auftragplatte 14, die vor dem Aufsetzen auf den Automaten 10 von Hand mit flüssigen Proben versehen werden kann, enthält zwei seitliche Reihen 26, 28 Vertiefungen, die flüssige Proben enthalten, die selbsttätig auf den Probenträger aufgetragen werden sollen. Auf eine Abtupffläche 22 kann ein Stück Abtupfpapier gelegt werden; ggf. können mehrere solche Flächen mit jeweils einem eigenen Stück Abtupfpapier angelegt werden. Weiterhin sind auf der Probenplatte 14 zwei als ein Ausguß- und ein Waschgefäß fungierende Vertiefungen vorgesehen, mittels deren während des selbsttätigen Auftragens der Proben die Pipetten (einschl. der Röhrchen und der Kolben) der Robotkrananordnung gereinigt und überschüssige Flüssigkeit abgegeben werden können. Die von der Robotkrananordnung 30 getragene Pipettenanordnung 32 entspricht im Aufbau und in der Funktion der in der genannten US-Patentanmeldung beschriebenen; die genannte Patentanmeldung zeigt ausführlich das selbsttätige Auftragen von Proben aus den Probenbehältern der Reihen 26, 28 auf den Probenträger 12 in der Elektrophoresekammer 13.

Wie ausführlich in Fig. 2 dargestellt, hat die Robotkrananordnung 30 einen portalartigen Rahmen 40, der mit den Rollen 36 auf Schienen 34 läuft, die ihrerseits der Sockel 16 trägt. Die Rollen 36 sind am Rahmen 40 auf Wellen 38 gelagert. Die Rollen 36 enthalten Nuten, in die seitlich vorspringende Leisten der Schienen 34 hineinragen, so daß die Krananordnung 30 in Längsrichtung zwischen der Probenplatteneinheit 14 und der Elektrophoresekammer 13 verschoben werden kann. Die Schienen 34 werden von waagerechten Elementen 4 getragen, die ihrerseits an senkrechten Elementen 3 befestigt sind, die der Sockel 16 trägt.

Wie Fig. 2 und 3 zeigen, weist die Krananordnung 30 ein vom Rahmen 40 getragenes vertikales Element 56 auf. Am vertikalen Element 56 angebrachte horizontale Platten 58 tragen die Wellen 52 des Flaschenträgers 50 (vgl. Fig. 3). Zwei Reagensflaschen 48 sind am Flaschenträger 50 mit den Stiftschrauben 61 festgelegt. Ein Motor 60 ist am Rahmen 40 festgelegt und seine Ausgangswelle mit der Welle 52 des Flaschenträgers 52 verbunden. Beim Erregen des Motors 60 wird, wenn die Krananordnung 30 in eine Lage über der Elektrophoresekammer 13 verschoben worden ist, der Flaschenträger 50 gedreht, bis das Einfärbmittel aus den Flaschen 48 auf den Probenträger 12 geschüttet wird.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, verläuft vom Rahmen 40 der Krananordnung 30 eine Stange 46 aufwärts, an der zwei Elektromagneten 42 befestigt sind, deren Ausgangswellen jeweils einen geschlitzten Arm 44 tragen. Diese Arme enthalten jeweils einen Schlitz 44A, der auf einen der Elektroden/Verteilerstäbe 74, 76 der Elektrophoresekammer paßt und unten erläutert ist. Weiterhin passen die geschlitzten Arme 44 in Öffnungen 93 der Abdeckung 92 über der Elektrophoresekammer (vgl. Fig. 3).

Wie aus vorgehendem ersichtlich, kann die Krananordnung in der Vorrichtung in Längsrichtung zwischen der Probenplatte 14 und der Elektrophoresekammer 13 hin- und herlaufen und weist eine Pipettenanordnung 32, zwei Elektromagneten 42 sowie ein Paar Reagensflaschen 48 auf.

Wie Fig. 2 und 3 zeigen, trägt die Lagerplatte 15 eine Auftragplatte 80, die seitlich zwischen den Kranschienen 34 angeordnet ist. Die Anordnung 30 kann auf den Schienen 34 frei in Längsrichtung über die Auftragplatte 80 laufen, die einen oder mehrere Paßstifte 68 aufweist, mit denen ein Probenträger 12, wie beispielsweise ein Agarosestreifen, sich ausrichten und lösbar festlegen läßt. Der Agarosestreifen (Probenträger 12) weist an seinen Längsenden zwei Flüssigkeitsreservoirs 64A, 64B auf, bei denen es sich jeweils um einen erhabenen gelatineartigen Streifen aus dem gleichen Material wie die Deckschicht des Trägerstreifens - beispielsweise Agarose - handelt. Der Probenträger 12 enthält vorzugsweise im Agarosematerial zwei seitlich verlaufende Reihen von Vertiefungen 62, 63 zur Aufnahme der elektrophoretisch zu analysierenden Proben.

Die Elektrophoresekammer 13 hat ein erstes Paar Elektrodenpfosten 94, die vertikal bis etwa in die Höhe des Probenträgers 12 verlaufen. Ein zweites Paar Elektrodenpfosten 96 ist in Längsrichtung vom ersten Pfostenpaar 94 beabstandet angeordnet und steht ebenfalls über den Probenträger 12 hinauf aufwärts vor.

Das erste und das zweite Pfostenpaar 94, 96 sind vorzugsweise aus einem permanentmagnetischen Werkstoff, wie Eisen, gefertigt, aber auch in der Lage, einen Elektrophoresestrom zu führen. Eine erste kombinierte Elektrode/Verteilerstange 74 ist an einem, eine zweite kombinierte Elektrode/Verteilerstange 76 am anderen Längsende der Kammer 13 angeordnet.

Die Stangen 74, 76 bestehen vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff, wie Eisen oder Stahl. In ihrer in der Fig. 3 gezeigten Lage werden die Stangen 74, 76 durch die zwischen dem magnetischen Pfosten und den ferromagnetischen Stäben wirkende magnetische Kraft in der Sollage an den Elektrodenpfosten 94 bzw. 96 gehalten. Die Fig. 3A zeigt, daß die Pfosten 94 an den positiven, die Pfosten 96 an den negativen Anschluß einer Quelle des Elektrophoresepotentials V_E gelegt sind.

Gemeinsam mit dem Pfosten 94 sorgt die Stange 74 für eine seitliche Verteilung des Elektrophoresestroms zum Reservoirstreifen 64A und dann über den Probenträger 12. Der Strom fließt dabei als seitlicher Flächenstrom in Längsrichtung durch den Streifen 12, bis er den erhabenen Reservoirteil 64B des Probenträgers 12 erreicht, wo über die Stange 76 zum Pfosten 96 der Elektrophoresekreis geschlossen wird.

Die Fig. 3C und 3D zeigen, daß die Stangen 74, 76 entweder vollständig aus ferromagnetischem Werkstoff, wie Eisen (vgl. Fig. 3D) hergestellt oder an den Enden aus ferromagnetischem Material und in der Mitte aus Graphit oder nichtrostendem Stahl aufgebaut sein können. Unter dem Einfluß des durch den Probenträger fließenden Elektrophoresestroms wandern die Bestandteile der flüssigen Proben in den Vertiefungen der Reihen 62, 63 in Längsrichtung aus. Die Fig. 3E zeigt diese Wanderung der Bestandteile des Materials im Probenträger 12, beispielsweise zu seitlichen Bändern 62A, 62B bezüglich der Probenreihe 62 bzw. beispielsweise zu Bändern 63A, 63B bezüglich der flüssigen Proben in der Probenreihe 63.

Es ist möglich, einen Stromfluß über den Probenträger 12 vom erhabenen Teil 64A zum erhabenen Teil 64B auch auf andere Weise zu erzeugen. Beispielsweise zeigt die Fig. 3F leitfähige Scharniere 75, 77, die an die Potentialquelle V_E angeschlossen sind. Diese Scharniere lassen sich ausklappen, um die Platte 80 zu öffnen und den Probenträger 12 auf sie aufzulegen. Bei aufgelegtem Probenträger 12 können die Scharniere wieder eingeklappt werden, wobei eine elektrische Verbindung zu den erhabenen Teilen 64A bzw. 64B hergestellt wird.

Obgleich die Bestandteile der flüssigen Proben in den Reihen 62, 63 in Längsrichtung ausgewandert sind (vgl. Fig. 3A, 3E), muß der Probenträger 12 durch Auftragen eines Reagens, Inkubation und Trocknen eingefärbt werden, bevor sie mit fluoreszentem Licht optisch abgetastet werden können.

Soll die Elektrophoresebehandlung durch Anlegen eines stärkeren Elektrophoresestroms beschleunigt werden, verstärkt sich auch die Widerstandsbeheizung des Probenträgers 12 und der Auftragplatte 80. Daher sind unter letztere zwei thermoelektrische Kühl/Heizeinrichtungen 70 (vorzugsweise sechs in der in Fig. 3 gezeigten Anordnung) angeordnet, bei denen es sich vorzugsweise um Peltier-Elemente handelt, die beim Anlegen eines elektrischen Stromes in einer bestimmten Richtung Wärme von der Ober- zur Unterseite ableiten. Wird Strom in der anderen Richtung angelegt, wird die Auftragplatte 80 von ihnen beheizt. Wie im Diagramm der Fig. 3B gezeigt, wird beim Anlegen von Strom an die Elemente 70 Wärme von der Auftragplatte 80 zu einem an ihrer Unterseite thermisch mit ihr gekoppelten Kühlkörper 84 geleitet. Ein entgegengesetzt fließender Strom führt der Auftragplatte 80 Wärme vom Kühlkörper 84 her zu.

Nachdem die Elektrophorese-Behandlung abgeschlossen ist, Reagens auf den Probenträger 12 aufgetragen und dann verteilt wurde (diese Schritte werden unten ausführlicher erläutert), muß der Probenträger 12 mit dem über seine Oberfläche verteilten Einfärbemittel inkubiert werden. Dieses Inkubieren erfolgt, indem zunächst die Abdeckung 92 geschlossen wird, um um die Elektrophoresekammer 13 herum eine geschlossene Kammer auszubilden.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, stehen zwei waagerechte verlaufende Leisten 88 hochkant von der Platte 80 aus vor. Einwärts der Leisten sind Längsschlitze 90 vorgesehen, in denen die Abdeckung 92 in Längsrichtung verschoben werden kann, um so die Elektrophoreseplatte 80 abzudecken bzw. freizulegen. Die Fig. 3 zeigt die Abdeckung 92 in ihrer Offenstellung sowie die Öffnungen 93 in ihren Enden, die mit den geschlitzten Armen 44 der Elektromagneten 42 zusammenarbeiten, um die Abdeckung zu öffnen und zu schließen.

Wie bereits erwähnt, finden die Peltier-Elemente 70 unter der Auftragplatte 80 mit gegenüber dem Kühlbetrieb umgekehrter Stromrichtung im Inkubations- und Trockenbetrieb Einsatz. Beim Anschalten eines elektrischen Stroms (vgl. Fig. 3B) in der entgegengesetzten Richtung an die Peltier-Elemente 70 wird Wärme unmittelbar auf die Platte 80 aufgebracht, die diese auf den Probenträger 12 überträgt, um den Reagensauftrag auf diesem zu inkubieren.

Die Fig. 2 und 3 zeigen, wie nach dem Abschluß der Inkubation Trockenluft über die Oberfläche des Probenträgers 12 geführt wird. Längsverlaufende Schlitze 86 sind auf den Seitenflächen der Platte 80 außerhalb des Aufnahmeraumes für den Probenträger 12 vorgesehen, wie Fig. 3 zeigt. Die rechte Seite des Schlitzes 86 steht in Strömungsverbindung mit einem Einlaßtrockenkanal, der linke rechteckige Schlitz in der Platte 80 mit einem Auslaßtrockenkanal.

Wie Fig. 2 am besten zeigt, enthält der Abtastkasten 100 vier Leuchtstoffröhren 110A bis 110D, die im Kastenoberteil zu einem Rechteck angeordnet sind. Eine Kamera 114 mit der Linse 112 ist in der oberen Abschlußwand 109 des Kastens angebracht und sieht auf den Probenträger 12 hinab. Damit die Abtastkamera 104 wirkungsvoll arbeiten kann, muß die Abdeckung 92 in Längsrichtung auswärts verschoben werden, um die Platte 12 dem System Kamera 114/Linse 112 offenzulegen. Wie bereits beschrieben, wird während des Abtastens des elektrophoretisch behandelten und eingefärbten Probenträgers 12 Außenlicht durch die in den Schlitzen 104 (Fig. 1) sitzende Frontplatte (nicht gezeigt) und den Umstand im wesentlichen abgedeckt, daß die Krananordnung 30 die Öffnung 101 in der Eingangswand 102 im wesentlichen ausfüllt.

Die genannte US-PS 48 27 780 enthält eine vollständige Beschreibung der Arbeitsweise und Steuerung der Pipettenröhrchen und -kolben, wie sie zum Aufbringen flüssiger Proben aus den Vertiefungen 26, 28 auf den Probenträger 12 Einsatz finden.

Nachdem die Bedienungsperson die Probenplatteneinheit 14 auf den Sockel des Automaten (Fig. 1) und einen Probenträgerstreifen 12 auf die Auftragplatte 80 aufgesetzt hat (Fig. 3), wird die Frontplattentür vor dem Abtastkasten 100 geschlossen und gibt die Bedienungsperson an der Tastatur 407 des Rechners 400 einen Startbefehl ein. Weiterhin sind bereits die zu analysierenden flüssigen Proben in die Reihen von Vertiefungen 26, 28 auf der Probenplatteneinheit 14 eingebracht worden; jede Reihe hat vorzugsweise fünfzehn einzelne Vertiefungen bzw. Kammern. Zum Vergleich kann in eine der Vertiefungen eine Normalprobe gefüllt sein. Weiterhin kann Abtupfpapier auf die Abtupffläche 22 gelegt und das Waschgefäß 20 mit Waschwasser gefüllt worden sein. Mit dem Aufsetzen der Probenplatteneinheit 14 auf dem Sockel des Automaten wird ein Signal an die digitale Steuerschaltung geschickt. Der Rechner 400 erhält daraufhin eine Meldung, daß der Vorgang nun unter digitaler Steuerung selbsttätig weiter ablaufen kann.

Die Fig. 4 bis 9 zeigen wesentliche Schritte in der automatischen Behandlung der in den Vertiefungen der Reihen 26, 28 der Probenplatteneinheit vorgehaltenen flüssigen Proben. Dabei zeigt die Fig. 4, daß die Pipettenanordnung einzelne Proben einer vorbestimmten Menge zieht. Wie schon erwähnt, ist dieser Vorgang vollständig in der obengenannten US-Patentanmeldung 8 53 201 erläutert.

Die Fig. 5 zeigt die Robotanordnung 30 in Längsrichtung zum Probenträger 12 hin verschoben; es werden die flüssigen Proben in einer Reihe auf die Oberfläche des Probenträgers aufgebracht. Es wird darauf hingewiesen, daß die Abdeckung 92 der Elektrophoresekammer sich in ihrer Offenstellung befindet.

Die Fig. 6 zeigt das Schließen der Abdeckung 92 nach dem Betätigen der geschlitzten Arme 44 durch die Elektromagnete 42 zum Einfahren in die Öffnungen 93 in der Abdeckung 92. Wie dargestellt, ist die Robotanordnung 30 in Längsrichtung zur Elektrophoresekammer verschoben und damit die Abdeckung 92 geschlossen worden.

Es läßt sich annehmen, daß nach dem Schließen der Abdeckung die Elektrophorese der Proben erfolgt. Der Vorgang ist oben bereits beschrieben worden; zusammenfassend läßt sich sagen, daß hierzu eine Elektrophoresespannung an den Probenträger mittels der Pfosten, Elektroden und der kombinierten Elektrode/Verteilerstange angelegt wird, wie es oben beschrieben ist. Gleichzeitig mit diesem Anlegen des Elektrophoresestroms an den Probenträger 12 wird Strom in einer Richtung an die Peltier-Elemente 70 der Heiz/Kühleinrichtung gelegt. Durch Kühlen des Probenträgers 12 kann dieser einen höheren Elektrophoresestrom führen, so daß die Elektrophoresebehandlung beschleunigt wird.

Die Fig. 7 zeigt das Auftragen eines Einfärbemittels 47 aus den Reagensflaschen 48. Dieses Mittel wird auf den Probenträger 12 geschüttet, indem der Flaschenträger 50 vom Motor 60 gedreht wird. Die Fig. 7 zeigt, daß die Abdeckung in Umkehrung des in Fig. 6 gezeigten Vorgangs bereits in die Offenstellung gebracht worden ist.

Das Verteilen des Einfärbemittels über die Oberfläche des Probenträgers 12 ist in Fig. 8 gezeigt. Vorzugsweise erfolgt das Verteilen durch Betätigen der geschlitzten Arme 44 derart, daß die Schlitze beider Arme einen Verteilerstab wie bei 76 umgreifen. Die Robotanordnung wird dann in Längsrichtung hin- und hergeführt und verteilt so das Reagens über den Probenträger. Der andere Verteilerstab 74 kann entsprechend und zusätzlich zum Stab 76 der Fig. 8 Einsatz finden, um das Reagens auf dem Probenträger 12 zu verteilen.

Sodann wird die Abdeckung 92 in einem Vorgang entsprechend der Fig. 7 in ihre Schließstellung gebracht; es können nun die Inkubation und das Trocknen erfolgen. Zum Inkubieren wird mit den Peltier-Elementen die Auftragplatte 80 vorbestimmt lange beheizt; zum Trocknen wird zusätzliche Trockenluft durch Kanäle zugeführt und über den Probenträger geleitet.

Nach dem Inkubieren und Trocknen erfolgt das elektronische Abtasten des Probenträgers 12. Wie die Fig. 9 zeigt, liefert das System Kamera 114/Linse 112 eine Analogspannung, die dem von den Leuchtstofflampen 110A-110D ausgeleuchteten Sichtfeld des Probenträgers 12 entspricht. Ein Abbild dieses optischen Signals kann auf dem Bildschirm einer unmittelbar am Automaten vorgesehenen Kathodenstrahlröhre 406 erzeugt werden. Die Fig. 9 zeigt weiter, wie die Robotanordnung 30 sich innerhalb der Öffnung 101 in der Eingangswandung des Abtastkastens 100 befindet, um das Umlicht im wesentlichen am Eindringen in diesen während des Abtastens durch die Fernsehkamera 114 zu hindern.

Claims (4)

1. Elektrophorese-Probenträger mit einem elektrisch nicht­ leitenden Schichtträger mit einem auf diesen aufgetragenen Elektrophoresemedium, gekennzeichnet durch ein Paar Reservoirstreifen (64A, 64B) aus elektrisch leitfähigem Material, die in Verbindung mit dem Elektrophoresemedium stehen und jeweils an den Längsenden des Probenträgers (12) quer über diesen verlaufen.

2. Elektrophorese-Probenträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine Vertiefung (62, 63) im Elektrophoresemedium zwischen den Reservoirstreifen (64A, 64B).

3. Elektrophorese-Probenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtträger aus Mylar hergestellt ist und daß es sich bei dem Elektrophoresemedium um Agarose handelt.

4. Elektrophorese-Probenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrophoresemedium im wesentlichen gleichmäßig dick ist und auf dem Schichtträger eine ebene Oberfläche bildet und daß die querverlaufenden Reservoirstreifen (64A, 64B) vertikal höher als die ebene Oberfläche liegen.