DE3939850A1

DE3939850A1 - Elektrophoreseautomat

Info

Publication number: DE3939850A1
Application number: DE3939850A
Authority: DE
Inventors: Robert J Sarrine; Henry A Garsee; Charles D Kelley; Philip A Guadagno
Original assignee: Helena Laboratories Corp
Current assignee: Helena Laboratories Corp
Priority date: 1989-01-30
Filing date: 1989-12-01
Publication date: 1990-08-02
Anticipated expiration: 2009-12-02
Also published as: CA1336769C; JP2797252B2; JPH02266259A; US4954237A; DE3939850C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Elektrophorese von Flüssigkeitsproben. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit denen sich die Elektrophorese vollständig automatisieren läßt, einschließlich des Aufbringens der Proben auf einen Träger und weiter - ohne Bewegen des Trägers - der Elektrophorese, des Anfärbens, Inkubierens, Trocknens und Abtastens sowie der densitometrischen Vermessung der abgetasteten Proben.

Die Elektrophorese ist die Wissenschaft der Bewegung gelade ner Teilchen in einem elektrischen Feld durch ein festes oder halbfestes Medium. Diese Technik wird am häufigsten in der medizinischen Forschung in medizinischen Labors zur Ana lyse verschiedener Blutproteine angewandt.

Bei der Diagnose menschlicher und tierischer Krankheiten las sen sich zahlreiche Informationen bekanntermaßen aus der Ana lyse bestimmter biologischer Flüssigkeiten wie der Blutserum- und Lipoproteine, des Hämoglobins und der Isoenzyme gewinnen. Es ist bekannt, daß die Elektrophorese ein wirksames Verfah ren zur Trennung der Bestandteile solcher Flüssigkeiten für die Mikroskopanalyse oder zur Anwendung optischer Dichtemeß techniken bei der Probenanalyse darstellt.

Beim grundsätzlichen Elektrophoreseverfahren werden geladene Moleküle unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes ge trennt, wobei die zu untersuchende Flüssigkeitsprobe auf einen Träger mit einer mit einem Puffer befeuchteten porösen Oberfläche aufgebracht ist. Da die verschiedenen Bestandteile der Flüssigkeit unterschiedlich schnell durch den Träger wan dern, läßt die Flüssigkeitsprobe sich in ihre Bestandteile auftrennen. Nach dem Anfärben der Bestandteile im Träger können diese dann der optischen Densitometrie oder anderen Untersuchungen unterworfen werden.

Man hat die Elektrophorese seit langen Jahren als Folge von Hand durchgeführter Schritte praktiziert. Zunächst hat der Laborant eine Elektrophoresekammer vorbereitet, indem er die jeweiligen Hohlräume der Kammer mit Pufferlösung füllte, d.h. einer Flüssigkeit, die in der Elektrophorese angewandt wurde, um die Trägeroberfläche feucht zu halten und eine elektrische Grenzfläche zu einer an die Kammer gelegten Stromquelle her zustellen, so daß sich ein elektrische Feld an den Träger legen ließ. Bei dem Träger handelt es sich typischerweise um ein mit einem Gel wie Celluloseacetat oder Agarose beschich tetes Stück Mylar-Folie. Die zu untersuchende Flüssigkeit der Probe war typischerweise ein Blutserum; es kann sich aber auch um eine andere Flüssigkeit handeln, deren Komponenten mittels eines elektrischen Feldes bewegt werden sollen.

Nachdem der Laborant die Elektrophoresekammer vorbereitet hat, bringt er an genau bestimmten Stellen des Trägers die Proben in Mengen auf, die untereinander so gleich wie moglich sind, und dann den Träger in die Elektrophoresekammer so ein, daß seine Kanten an den Längsenden in zwei Hohlräume mit Pufferlösung eintauchen. Die Elektrophorese erfolgt nun mit einer genau eingestellten und eingehaltenen Hochspannung, die für genau eingestellte und eingehaltene Zeitintervalle über die Hohlräume mit der Pufferlösung gelegt wird.

Nach Abschluß der Elektrophorese bringt der Laborant auf den Träger eine gleichmäßige Schicht eines Anfärbemittels auf und läßt dieses innerhalb eines genau eingestellten und eingehal tenen Zeitintervalls mit den Proben reagieren. Bei dem Anfär bemittel handelt es sich um eine Flüssigkeit, die sich nach der Elektrophorese mit den getrennten Komponenten der Flüs sigkeitsprobe chemisch vereinigen soll, damit diese optisch auswertbare Eigenschaften zeigen.

Danach setzt der Laborant den Träger in einen temperaturge regelten Ofen ein und inkubiert ihn bei genau eingestellter und eingehaltener Temperatur und Dauer. Die Inkubation ist der Prozeß der Kontrolle der chemischen Reaktion zwischen den Komponenten der Flüssigkeitsprobe und dem Anfärbemittel durch Aufbringen von Wärme über einen festen Zeitraum.

Schließlich trocknet der Laborant die Probenplatte durch Er höhen der Ofentemperatur für genau eingestellte und eingehal tene Temperatur und Dauer. Dadurch wird die Reaktion zwischen der Probenplatte und dem Anfärbemittel durch den Entzug von Wasser aus dem Träger unterbunden.

Eine der Schwierigkeiten bei der Vorbereitung der Trägers von Hand ist, daß die zu analysierende Proben in größerer Anzahl auf den der Elektrophorese zu unterwerfenden Träger aufge bracht werden. Man kann die Proben mit einer Pipettierein richtung einzeln nacheinander auftragen, muß letztere aber vor jedem Aufnehmen einer neuen Probe und deren Aufbringen auf den Streifen mit einem Reinigungsmittel durchspülen und abtupfen. Man hat Vorrichtungen vorgeschlagen, die die Flüs sigkeitsproben gleichzeitig bzw. "parallel" auf die Streifen auftragen - bspw. im General Products Catalog 1984-1985 der Fa. Helena Laboratories, Beaumont, Texas, V. St. A., Seite 61. Vorrichtungen dieser Art können 8, 12 oder mehr Proben auf einen microporösen Träger aufbringen und haben den Vor teil, die Elektrophorese einfacher und reproduzierbarer zu machen.

Diese Auftragvorrichtungen arbeiten jedoch im wesentlichen nicht selbsttätig und erfordern ebenfalls ein Reinigen der Auftragspitzen nach jedem Probenauftrag auf den Träger. Ein Nachteil der bekannten Auftragvorrichtungen ist das Fehlen einer selbsttätigen Wäschen und Reinigung der Pipettenkam mern nach jedem Auftragzyklus, um deren Verunreinigung wäh rend des Auftragens einer neuen Gruppe von Proben auf einen neuen Träger zu verhindern. Ein weiterer Nachteil der be kannten Auftragvorrichtungen ist, daß keine Mittel vorhanden sind, um selbsttätig und präzise eine sehr kleine Menge - in der Größenordnung eines Mikroliters - einer Probenflüssig keit auf einen Träger aufzubringen. Ein zusätzlicher Nachteil der bekannten Vorrichtungen ist, daß sie keine Vorkehrungen enthalten, um selbsttätig und präzise eine sehr kleine Menge - in der Größenordnung eines Mikroliters - der Probenflüssig keit mit einer Verdünnungsflüssigkeit zu verdünnen und eine sehr kleine Menge der verdünnten Probe präzise auf einen Träger aufzutragen.

Weiterhin hat man Vorrichtungen und Verfahren zur selbsttäti gen Elektrophorese und Anfärben der Proben auf einem Träger vorgeschlagen; vergl. hierzu die US-PSn 43 60 418 (Golias) und 43 91 689 (Golias).

Diese Vorrichtungen enthalten eine Elektrophoresekammer sowie eine Reihe von Gefäßen, die auf einer Plattform aufgereiht sind und jeweils ein Anfärbemittel sowie eine Reihe von Behandlungslösungen aufnehmen können. Das Plattenhalterge stell hat ein waagerechtes offenes Rahmenwerk und trägt eine stehende Elektrophoreseplatte (Träger), auf die eine Probe zum elektrophoretischen Fraktionieren aufgetragen ist. Diese Elektrophoreseplatte mußte ebenfalls vorbereitet werden, in dem man die Flüssigkeitsproben von Hand oder mit einer der oben beschriebenen Parallel-Auftragvorrichtungen aufbrachte. Die Platte wird in die Kammer für eine bestimmte Dauer in einen Elektrophorese-Stromkreis eingesetzt. Eine motorisch angetriebene Hub- und Überführungsmechanik ist auf dem Sockel angeordnet und kann das Plattengestell und die Platte aus der Kammer herausheben und nacheinander den darunterliegenden Be hältern zuführen, sie in diese absenken und dort vorbestimmt lange vorhalten; dies erfolgt in einer gradlinigen Schritt schaltbewegung, bei der die Platte ständig stehend gehalten wird. Es sei darauf hingewiesen, daß der Anfärbeprozeß auf chemischen Prozeduren beruht, nicht auf einer wie oben be schrieben manuellen Behandlung mit Inkubieren und Trocknen. Obgleich die soeben beschrieben Vorrichtungen zahlreiche wünschenswerte Eigenschaften hat, ist sie dahingehend nach teilig, daß sie in regelmäßigen Abständen mit einer Vielzahl von Chemikalien und Waschlösungen versorgt werden muß.

Bekannte Anordnungen und Verfahren zum optischen Abtasten elektrophoretisch behandelter und angefärbter Träger enthal ten Photovervielfacher, Photodioden oder dergl. Elemente, die einenen elektrischen Strom oder eine elektrische Spannung ab geben, der bzw. die proportional einem Lichteinfall ist. Der artige Einrichtungen bezeichnet man generell als Detektoren. Bekannte, derartige Detektoren verwendende Geräte dienen zur Bestimmung verschiedener physikalischer Eigenschaften der elektrophoretisch vorbehandelten Proben. Die bei den getrenn ten Bändern der Proben interessierenden Eigenschaften sind deren Größe und optische Dichte oder auch die Intensität des abgestrahlten Lichts, das eine andere Wellenlänge hat als die erregende Lichtquelle. Die getrennten Bänder jeder elek trophoretisch behandelten Probe stellen die bekannten Kompo nenten der untersuchten Probe dar; sie sollen quantifiziert werden, um die medizinische Diagnose oder Forschung zu un terstützen.

Die bekannten Geräte, die die oben erwähnten Detektoren ver wenden, verwenden auch eine Schlitzblende, infolge der der Detektor momentan einen Teil der Probenplatte "sieht" der die gleiche relative Größe und Gestalt wie der Schlitz hat. Der Detektor erzeugt dann einen elektrischen Strom oder eine elektrische Spannung, der bzw. die in der Amplitude propor tional der Stärke des detektierten Lichts ist. Die Amplitude wird dann mit einem Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) digitalisiert und die resultierende digitalisierte Darstel lung der Lichtintensität in einem organisierten Format im Speicher eines Rechners abgelegt.

Obgleich eine unten beschriebene alternative Ausführungsform der Erfindung bekannte Detektoren in Kombination mit anderen selbsttätigen Elektrophoreseeinrichtungen verwendet, werden nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Proben auf dem elektrophoretisch behandelten Träger elektro nisch mit einer Videokamera abgetastet; der Videotechnik wird dabei angesichts der bekannten Probleme beim Einsatz der be kannten Abtastdetektoren der Vorzug gegeben. Eine diese Schwierigkeiten der bekannten Geräte ist, daß die Schlitz blende eine sehr präzise Länge und Breite haben muß. Ist sie zu lang, kann ein Teil des detektierten Lichts von einer da nebenliegenden Probe stammen; ist sie zu klein, wird u.U. nicht das gesamte von der momentan geprüften Probe kommende Licht erfaßt. Wird eine Platte für mehrere Proben verwendet, muß u.U. die Schlitzgröße von Probe zu Probe geändert werden.

Ist der Blendschlitz zu breit, kann Licht aus angrenzenden Bändern der Proben aufgenommen werden, so daß sich die Ab grenzungen - wenn überhaußt - nur schwer festlegen lassen. Ist die Breite zu gering, kann das Ausgangssignal des Detek tors unsicher werden und erbringt dann keine einwandfrei proportionalen Ergebnisse mehr.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Schlitzblende/Detektor- Systeme ist, daß, damit die gesamte Probe erfaßt werden kann, sie mechanisch abgetastet werden muß, indem man entweder den Detektor oder die Probenplatte verschiebt. Diese Verschiebe bewegung muß mit sehr konstanter Geschwindigkeit und frei von Schwingungen erfolgen, damit die vom A/D-Wandler aufgenomme nen Werte sowohl die optische Dichte als auch die Größe der Komponenten der Probe genau darstellen.

Damit weiter eine Vielzahl von Proben abgetastet werden kann, muß der Detektor oder die Probenplatte in einer weiteren Achse bewegt werden können, damit der Abtaster eine Probe ab tasten, dann zur nächsten Probe weiterschalten und dort den Abtastprozeß fortsetzen kann. Diese Schrittschaltbewegung muß präzise und reproduzierbar so erfolgen, daß der Detektor die gesamte Probe und nur diese sieht.

Ein anderer Nachteil der bekannten Elektrophoresetechniken ist, daß bisher keine zweckmäßige Einrichtung in einem einzi gen Gerät existiert, um Flüssigkeitsproben erst in einer und dann in einer anderen Richtung elektrophoretisch zu behan deln.

Es ist daher ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, in einem einzigen Gerät Mittel zum selbsttätigen Auftragen von Flüssigkeitsproben auf einen Träger, zum selbsttätigen elektrophoretischen Behandeln der Proben auf dem Träger, zum selbsttätigen Anfärben, Inkubieren und Trocknen des Trägers, auf dem die Komponenten der Flüssigkeitsproben zu längsver laufenden Bändern aufgetrennt worden sind, zum selbsttätigen elektronischen Abtasten dieser Bänder und zum selbsttätigen Durchführen einer Dichteanalyse an den Daten, die sich bei den Abtastungen ergeben, und somit zur Analyse jeder Flüs sigkeitsprobe zusammenzufassen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, den Träger während des Anliegens des Elektrophoresestroms zu kühlen, um die zur Elektrophorese erforderliche Zeit ab zukürzen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Ein richtung, mit der sich während der Elektrophorese kühle Luft über die Geloberfläche der Trägers führen läßt, um den Kühl effekt zu maximieren und einen höheren Elektrophoresestrom zuzulassen, so daß die Behandlungszeit sich verkürzen läßt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Anord nung, mit der auf einen Trägerstreifen aufgebrachte Proben sich in zwei Richtungen elektrophoretisch behandeln lassen.

Diese und andere Ziele und Vorteile lassen sich erreichen mit dem erfindungsgemäßen Elektrophoreseautomaten, der die elek trophoretische Untersuchung von Flüssigkeitsproben automati siert. Der Automat weist einen Unterteil auf, auf dem eine Auftragplatte angeordnet ist. Auf die Auftragplatte ist ein mikroporöser Trägerstreifen aufgelegt. Ein Abtastkasten um schließt die Auftragplatte.

Eine Probenplatte ist vom Unterteil in Längsrichtung von der Auftragplatte getrennt gehaltert. Die Probenplatte weist eine Vielzahl von Mulden zur Aufnahme von Flüssigkeitsproben in einer oder mehreren seitlich verlaufenden Reihen auf. Vor der Inbetriebnahme der Maschine werden zu untersuchende Flüssig keitsproben in die Mulden eingebracht. Ein Portalrahmen ist durch eine Öffnung in eine Seitenwandung des Abtastkastens zwischen der Proben- und der Auftragplatte verschiebbar an geordnet. Dieser Rahmen trägt eine Reihe Pipetten, eine oder mehrere Flaschen mit Anfärbemittel sowie einen oder mehrere Elektromagneten mit den zugehörigen Kolben.

Flüssigkeitsproben werden rechnergesteuert von der Proben platte in einer seitlichen Reihe auf den Trägerstreifen auf getragen. Mit vertikal magnetisierten Pfosten zusammenwir kende Elektrodenstäbe erzeugen eine seitliche Stromschicht im Trägerstreifen, infolge der die Komponenten der Flüssig keitsproben elektrophoretisch in Längsrichtung verschoben werden, während die Auftragplatte gekühlt wird. Eine Kühl vorrichtung liefert kühle Luft, die während der Elektropho resebehandlung ober die Geloberfläche des Trägers gedrückt wird, um die ohmsche Wärme aus dem Träger abzuführen und höhere Elektrophoreseströme und somitkürzere Elektrophorese- Behandlungszeiten zu erlauben.

Unter Rechnersteuerung wird Anfärbemittel (Reagens) aus den Reagensfläschchen auf den Trägerstreifen geschüttet und der Kolben betätigt, um die Elektrodenstäbe über den Streifen zu ziehen und so das Reagens zu verteilen. Unter Rechner steuerung wird dann der Streifen inkubiert und getrocknet. Eine Videokamera im Oberteil des mit einer Leuchtstofflampe beleuchteten Abtastkastens liefert ein analoges Spannungs signal entsprechend den in Längsrichtung versetzten Kompo nenten der Flüssigkeitsproben. Alternativ kann eine Abtast mechanik auf dem Portalgestell zur Erzeugung eines solchen analogen Spannungssignals dienen.

Die analoge Darstellung der in Längsrichtung versetzten Kom ponenten der Flüssigkeitsproben wird rechnergesteuert zu einer digitalen Darstellung ihrer Dichte oder der Lichtin tensität als Funktion der Längs-/Lateralkoordinaten des Trägers umgewandelt. Der Rechner bestimmte den lateralen Abstand und die entsprehende Dichte jeder Komponente jeder einzelnen Probe.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ermöglicht eine zweidimensionale Elektrophorese-Behandlung, bei der die Flüssigkeitsproben zunächst in Längs- und dann in der Seiten richtung elektrophoretisch behandelt werden.

Die Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung sollen nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile bezeichnen und die eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung zeigen:

Fig. 1 ist eine Perspektivdarstellung eines erfindungs gemäßen Elektrophoreseautomaten mit einem Robo tik-Gestell zwischen einer Probenplatteneinheit und einem mikroporösen Träger in einem Abtast kasten, dessen Vordertür abgenommen ist, um das Innere zu zeigen;

Fig. 1A zeigt den Elektrophoreseautomaten mit einem zu gehörigen Rechner, der Befehls- und Steuersignale für die digitale Schaltung des Automaten liefert und die Probenplatten nach dem elektronischen Ab tasten densitometrisch analysiert;

Fig. 2 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht des Elek trophoreseautomaten und zeigt die Robotik-Kran anordnung, die Proben-, Wasch- und Abtupf-Plat teneinheit, die Elektrophoreseplatte, den mikro porösen Träger, den Abtastkasten und die auf die sem angeordnete Videokamera;

Fig. 3 ist eine Draufsichtdarstellung des erfindungsge mäßen Elektrophoreseautomaten aus der Ebene 3-3 der Fig. 2 und zeigt die Proben-, Wasch- und Ab tupf-Platteneinheit, den mikroporösen Träger, die zugeordnete Elektroden- und Verteilstabeinrich tung und das Robotik-Gestell;

Fig. 3A ist ein elektrisches Schaltbild, das eine über die beiden Elektrodenstäbe an den Enden des Trä gers gelegte Quelle einer Elektrophoresespannung sowie den Elektrophoresestrom zeigt, der als laterale Schicht in Längsrichtung des Trägers fließt;

Fig. 3B zeigt das gleichzeitige Anlegen von Strom an eine Kühl- und Heizeinrichtung unter der Auftragplat te, auf der der Träger aufliegt, während der Elektrophoresestrom durch ihn fließt; sie zeigt, daß der Strom zum Heizen an die Heizeinrichtung in entgegengesetzter Richtung anzulegen ist;

Fig. 3C und 3D zeigen die erfindungsgemäßen kombinierten Elektroden- und Verteilerstäbe;

Fig. 3E zeigt die Wanderung der Komponenten der Proben auf dem Träger nach der Elektrophoresebehandlung;

Fig. 3F zeigt eine alternative Ausführungsform zum Anle gen des Elektrophoresestroms an einen Träger der art, daß der Elektrophoresestrom als laterale Stromschicht in Längsrichtung des Trägers fließt;

Fig. 4 ist eine Endansicht aus der Ebene 4-4 der Fig. 2 und zeigt ausführlich die Robotik-Krananordnung, den Aufbau des Kühlkörpers zum Kühlen der Platte, auf der der mikroporöse Träger befestigt ist, so wie ein Leitungssystem, mittels dessen der Träger nach dem Auftragen und Inkubieren des Anfärbemit tels getrocknet wird;

Fig. 4A ist eine Endansicht aus der Ebene 4-4 der Fig. 2 und zeigt eine alternative Anordnung einer Kühl einrichtung, die sich im Trockenleitungssystem befindet und durch die bei fließendem Elektropho resestrom gekühlte Luft über den Träger geleitet werden kann;

Fig. 5 ist eine Draufsicht aus der Ebene 5-5 der Fig. 2 und zeigt die Anordnung der Leitung, mit der die Auftragplatte und der abnehmbar auf dieser befe stigte mikroporöse Träger getrocknet wird, sowie die Leitung, mit der Kühlluft aus der Umgebung des Automaten über den Kühlkörper geleitet wird, um während der Elektrophoresebehandlung Wärme von diesem abzuführen;

Fig. 6 ist eine schaubildliche Darstellung einer digi talen Steuerschaltung und ihrer Schnittstellen zu den Schaltungen der Robotik-Anordnung und der Elektrophoresekammer;

Fig. 7 ist eine schaubildliche Darstellung eines dem er findungsgemäßen Elektrophoreseautomaten zugeord neten Rechners mit den Schnittstellen zur digita len Steuerung des Automaten, zur Abtastkamera und zu der Systemperipherie für die E/A-Kommunikation mit dem Rechner;

Fig. 8-13 sind schaubildliche Darstellungen der verschiede nen Schritte, mit denen die Robotik-Krananordnung Proben auf den mikroporösen Träger aufbringt und nach der Elektrophorese Reagens aufträgt und es über die Trägeroberfläche verteilt, und erläutern die elektronische Abtastung des Trägers nach dem Inkubieren und Trocknen;

Fig. 14A-14F zeigen als Flußdiagramme das Rechnerprogramm im Digitalrechner und der digitalen Steuerschal tung zur selbsttätigen Ablaufsteuerung des Elek trophoreseprozesses;

Fig. 15A zeigt einen gleichmäßigen Träger zum Kalibrieren der Kameraoptik sowie Rechnerschablonen an Ab tastbahnen entsprechend denen der Probenanordnung auf einem realen Träger;

Fig. 15B zeigt programmgesteuert erzeugte elektronische Schablonen zum selbsttätigen Erzeugen von Pixel grenzen um jedes der elektronischeh Abbilder der Elektrophoresemuster nach der automatischen Elek trophorese an einer Vielzahl von Proben;

Fig. 16 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfin dung, bei der als Alternative zur Videoabtastung nach den Fig. 1-15 eine mechanisch angetriebene Abtastvorrichtung auf der Robotik-Krananordnung angeordnet ist;

Fig. 17 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfin dung für die zweidimensionale Elektrophoresebe handlung, wobei die Anordnung für die Längs-Elek trophorese der Proben auf einem Träger eingerich tet ist;

Fig. 18 zeigt die alternative zweidimensionale Elektro phoreseanordnung für die laterale Elektrophorese von Proben auf einem Träger; und

Fig. 19 zeigt die Ergebnisse der zweidimensionalen Elek trophorese.

Beschreibung der Robotik-Krananordnung

Die Fig. 1 und 1A zeigen den Elektrophoreseautomaten und seinen Digitalrechner 400. Der Elektrophoreseautomat 10 hat einen Unterteil 16, auf dem eine Probenplatteneinheit 14 und eine Elektrophoresekammer 13 zur Aufnahme eines mikroporösen Trägers 12 für die Proben angeordnet sind. Bei dem Träger handelt es sich vorzugsweise um eine Mylar-Folie mit einer Beschichtung von Celluloseacetat, Agarose oder Agargel. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Trägers ist unten ausführlich erläutert.

Der Elektrophoreseautomat 10 weist eine Robotik-Krananord nung 30 auf, die in Längsrichtung zwischen der Probenplatten einheit und der Elektrophoresekammer 13 verschiebbar ist. Der Elektrophoreseautomat 10 weist einen Abtastkasten 100 mit einer Seitenwand 106, einer Eingangswand 102 und einer Rück wand auf. Auf der Vorderseite des Abtastkastens befinden sich Schlitze 104, in denen eine (nicht gezeigte) Tür angeordnet werden kann, um Zugang zum Abtastkasten 100 zu schaffen und andererseits diesen bei der Elektrophorese, beim Anfärben und beim elektronische Abtasten der Proben auf dem Träger 12 zu verschließen. Die Tür kann mit einer Sperre versehen sein, die mit der Quelle der Elektrophorese-Hochspannung so ver schaltet ist, daß bei offener Tür in der Kammer 13 keine Hochspannung vorliegen kann. Eine derartige Sicherung ver hindert, daß die Elektrophoresespannung von 2 bis 3 kV die Bedienungsperson gefährdet. Eine Abdeckung 92 (in der Offen stellung gezeigt) kann in Längsrichtung verschoben werden, um die Elektrophoresekammer 13 zu öffnen und zu verschließen.

Leuchtstofflampen 110 A-110 D im Oberteil des Abtastkastens beleuchten den Träger 12 während der elektronischen Abta stung durch das System Kamera 114/Linse 112 unter Steuerung durch den Rechner 400. Die digitale Steuerschaltung 300 für die Robotik-Anordnung 30 und den Elektrophoreseprozeß ist unten ausführlich erläutert. Ein Bildschirm 406 auf dem Elek trophoreseautomaten liefert unter Steuerung durch den Rechner 400 Überwachungsinformationen für die Bedienungsperson.

Die Fig. 2 zeigt eine teilgeschnittene Vorderansicht des Automaten 10 mit Einzelheiten der Probenplatteneinheit 14, der Robotik-Krananordnung 30, der Elektrophoresekammer 13 und der Kamera 114 mit Optik 112 im Abtastkasten 100. Der Automat weist einen Unterteil 16 auf, auf dem eine waagerechte Lager platte 15 angeordnet ist, die die Probenplatteneinheit 14 trägt. Die Probenplatteneinheit entspricht der in der US- Patentanmeldung Nr. 8 53 201 (Sarrine u.a.) vom 17. 4. 1986 beschriebenen, auf die hier Bezug genommen sei; sie be schreibt Einzelheiten des automatischen Übertragens von Pro ben von einer Probenplatte auf einen abgesetzten Träger.

Die Autragplatte 14, die vor dem Einsetzen auf den Automaten 10 von Hand mit Flüssigkeitsproben versehen werden kann, weist zwei seitlich verlaufende Reihen 26, 28 von Probenkam mern auf, die auf den Träger 12 selbsttätig zu übertragende Flüssigkeitsproben aufnehmen. Ein Abtupfbereich 22 kann mit Abtupf- bzw. Saugpapier belegt werden. Ggf. können natürlich mehrere Abtupfbereiche jeweils mit eigenem Saugpapier vorge sehen sein. Eine Ablauf- und eine Waschmulde sind auf der Probenplatte 14 vorgesehen, mit denen im Automatikbetrieb die an der Robotik-Krananordnung montierten Pipetten (mit Kolben und Zylindern) gereinigt werden und überschüssige Flüssigkeit abgelassen werden kann. Die Pipettenanordnung 32 auf der Ro botik-Anordnung 30 entspricht im Aufbau und in der Funktion der in der oben genannten US-Patentanmeldung beschriebenen; dort ist auch das selbsttätige Übertragen von Proben aus den Probenmulden der Reihen 26, 28 auf den Träger 12 in der Elek trophoresekammer 13 erläutert.

Wie am besten die Fig. 2 und 4 zeigen, weist die Robotik- Krananordnung 30 ein Gestell 40 auf, das auf Rädern 36 in den Schienen 34 translatorisch verschiebbar ist. Die Schie nen 36 sind auf dem Unterteil 16 angeordnet. Wie die Fig. 4 zeigt, sind die Räder 36 auf Achsen 38 mit dem Gestell 40 verbunden. Die Räder 36 enthalten Nuten, in die seitliche Vorsprünge der Schienen 34 hinein vorstehen, so daß die An ordnung 30 in Längsrichtung zwischen der Probenplattenein heit 14 und der Elektrophoresekammer 13 verfahren werden kann. Die Schienen 34 sind auf waagerechten Elementen 4 ge lagert, die ihrerseits über vertikale Elemente 3 auf dem Unterteil 16 angeordnet sind.

Wie die Fig. 4 zeigt, weist der auf dem Unterteil 16 ange ordnete Motor 208 eine Ausgangswelle 209 auf, auf die eine Antriebsscheibe 210 aufgesetzt ist. Wie die Fig. 3 zeigt, ist am in Längsrichtung entgegengesetzten Ende der Maschine eine Aufwickelscheibe 210 A vorgesehen. Ein vom der Scheibe 210 an getriebener und um die Aufnahmescheibe 210 A laufender Endlos riemen 2 l 2ist an einer Verlängerung 214 der Welle 38 des Ge stells 40 befestigt. Bei Betätigung des Motors 208 treibt also die Scheibe 210 den Riemen 212 um die Aufnahmescheibe 210 A und wird die Robotik-Krananordnung 30 auf dem Unterteil 16 verschoben.

Wie die Fig. 2, 3 und 4 zeigt, weist die Robotik-Anordnung 30 ein vom Rahmen 40 getragenes vertikales Element 56 auf. Die an den vertikalen Elementen 56 befestigten waagerechten Platten 58 tragen die Wellen 52 den Flaschenhalter 50 (Fig. 4). Zwei Reagens-Flaschen 48 sind mit Gewindestiften 61 am Flaschenhalter 50 festgelegt. Die Ausgangswelle eines be züglich des Gestells 40 gelagerten Reagens-Verteilermotors 60 ist mit der Welle 52 des Flaschenhalters 50 gekoppelt. Beim Betätigen des Motors 60 wird der Flaschenhalter 50 ge dreht, bis das Anfärbemittel in den Flaschen 48 auf den Träger 12 geschüttet wird, wenn die Robotik-Krananordnung 30 über die Elektrophoresekammer 13 gefahren worden ist.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, verläuft vom Gestell 40 der Robotik-Krananordnung 30 ein vertikaler Stab 46 aufwärts, an dem zwei Elektromagneten 42 befestigt sind. An der Aus gangswelle der beiden Elektromagneten ist jeweils ein Arm 44 befestigt, der einen Schlitz 44 A enthält, der auf die unten zu beschreibenden Elektroden/Verteilerstäbe 74, 76 der Elek trophoresekammer aufgesetzt wird. Die Arme 44 stehen auch in die Öffnungen 93 der Abdeckung 92 der Elektrophoresekammer (Fig. 3) hinein vor.

Die erfindungsgemäße Robotik-Krananordnung kann also in Längsrichtung zwischen der Probenplatte 14 und der Elektro phoresekammer 13 hin- und herfahren und weist eine Pipetten anordnung 32, zwei Elektromagneten 42 und zwei Reagens-Fla schen 48 auf. Die Steuerung der Pipettenanordnung zum Über führen der Flüssigkeitsproben von den Mulden 26, 28 zur Elektrophoresekammer, der Elektromagneten mit den geschlitz ten Armen 44 zum Verteilen des Anfärbemittels und zum Schlie ßen des Elektrophoreseabdeckung sowie der Reagens-Flaschen 48 zum Auftragen des Anfärbemittels auf den Träger 12 ist unten anhand der Fig. 6 erläutert.

Eine weitere Eigenheit der Robotik-Krananordnung sei hier an hand der Fig. 1, 2 und 4 erläutert. Die Robotik-Krananordnung 30 kann von außerhalb des Abtastkastens 100 durch die Öffnung 101 in dessen Eingangswandung 102 fahren. Wie ersichtlich, ist die Pipettieranordnung am oberen Ende 32′ seitlich so profiliert, daß sie verhältnismäßig dicht in die Öffnung 101 paßt, während die Anordnung 30 in den Abtastkasten 30 ein fährt. Durch die Abmessungen und das Profil der Robotik-An ordnung 30 in der Öffnung 101 der Wandung 102 wird Außenlicht beim elektronischen Abtasten des Trägers 12 durch die Kamera 114/Linse 112 gegen das Eindringen in den Abtastkasten abge schirmt.

Beschreibung der Elektrophoresekammer

Wie am besten die Fig. 2, 3 und 4 zeigen, trägt die Lager platte 15 eine Auftragplatte 80, die seitlich ausgedehnt zwi schen den Laufschienen 34 der Robotikanordnung liegt. Die An ordnung 30 kann auf den Schienen 34 frei in Längsrichtung über die Auftragplatte 80 fahren. Wie die Fig. 3 zeigt, weist die Auftragplatte 80 einen oder mehrere Paßstifte 68 zum Ausrichten und Festlegen eines Trägers 12 - bspw. eines Aga rosestreifens - auf. Der Agarosestreifen (Träger 12) enthält an seinen Enden zwei Behälter 64 A, 64 B für einen Flüssig keitsvorrat. Dabei handelt es sich jeweils um einen erhabe nen gelatinehaltigen Streifen aus dem gleichen Material wie die Deckbeschichtung des Trägerstreifens, bspw. Agarose. Der Träger 12 enthält im Agarosematerial vorzugsweise zwei quer verlaufende Reihen von Mulden bzw. Vertiefungen 62, 63 zur Aufnahme der elektrophoretisch zu behandelnden Proben.

Die Elektrophoresekammer 13 weist ein erstes Paar Elektroden pfosten 94 auf, die aufwärts zu im wesentlichen der Höhe des Trägers 12 verlaufen. Ein zweites Paar Elektrodenpfosten 96 ist in Längsrichtung von den ersten Pfosten 94 beabstandet angeordnet und steht gleichermaßen über den Träger 12 hinaus vor.

Die Pfosten des ersten und des zweiten Pfostenpaares 94, 96 sind vorzugsweise aus einem permanentmagnetischen Werkstoff wie Eisen hergestellt, aber in der Lage, den Elektrophorese strom zu leiten. Ein erster kombinierter Elektroden-Vertei ler-Stab 74 liegt an einem, ein zweiter kombinierter Elek troden-Verteiler-Stab 76 am anderen Ende der Kammer 13 (in Längsrichtung gesehen).

Die Stäbe 74, 76 sind vorzugsweise aus einem ferromagneti schen Werkstoff wie Eisen oder Stahl gefertigt. Liegen also der Elektroden-Verteiler-Stab 74 und der Stab 76 so, wie es die Fig. 3 zeigt, werden sie von der magnetischen Kraft zwischen den magnetischen Pfosten und dem ferromagnetischen Stabwerkzeug auf den Elektrodenpfostenpaaren 94, 96 in der Sollage gehalten. Die Fig. 3A zeigt, daß die Pfosten 94 an den Pluspol und die Elektrodenpfostenpaare 96 an den Minus pol einer Quelle elektrophoretischen Potentials V _E gelegt sind.

Gemeinsam mit dem Pfosten 94 verteilt der Stab 74 den Elek trophoresestrom seitlich über den Vorratsstreifen 64 a und dann über den Träge 12. Der Strom fließt in Längsrichtung als querausgedehnte Schicht durch den Träger 12 bis zum erhabe nen Vorratsteil 64 B des Trägers 12 und dann durch den Stab 76 zu den Pfosten 96, so daß der elektrophoretische Strom kreis sich schließt.

Die Fig. 3C, 3D zeigen, daß die Stäbe 74, 76 entweder voll ständig aus ferromagnetischem Werkstoff wie Eisen (Fig. 3D) hergestellt sein können; desgl. können ihre Enden aus einem ferromagnetischen Material, der dazwischenliegendeMittelteil jedoch aus Graphit oder nichtrostendem Stahl hergestellt sein. Unter dem Einfluß des durch den Träger 12 fließenden Elektrophoresestroms werden die Komponenten der Flüssigkeits proben in den Mulden der Reihen 62, 63 elektrophoretisch in Längsrichtung getrennt. Die Fig. 3E zeigt die Wanderung des Materials im Träger 12 in querverlaufenden Bändern 62 A, 62 B bspw. bezüglich der Probenreihe 62 und in Bändern 63 A, 63 B bspw. bezüglich der Flüssigkeitsproben in der Probenreihe 63.

Es ist natürlich möglich, auch auf andere Weise einen Strom vom erhabenen Teil 64 A zum erhabenen Teil 64 B über den Träger 12 fließen zu lassen. Beispielsweise zeigt die Fig. 3F leitfähige, an an die Potentialquelle V _E angeschlossene Scharniere 75, 77. Sie lassen sich nach außen klappen, um den Träger 12 auf die Platte 80 auflegen zu können. Bei aufgelegtem Träger 12 klappt man die Scharniere abwärts, so daß eine elektrische Verbindung zu den erhabenen Teilen 64 A bzw. 64 B entsteht.

Obgleich die Komponenten der Flüssigkeitsproben in den Reihen 62, 63 in Längsrichtung verschoben worden sind, wie die Fig. 3A, 3E zeigen, muß der Träger 12 angefärbt, inkubiert und ge trocknet werden, bevor sie unter der Beleuchtung durch Leuchtstofflampen abgetastet werden können, wie unten erläu tert.

Durch Einprägen eines höheren Stroms kann die Elektrophorese behandlung beschleunigt werden. Dabei werden aber der Träger 12 und die Auftragplatte 80 durch Widerstandswärme stärker erwärmt. Zwei thermoelektrische Kühl/Heizeinrichtungen 70 (vorzugsweise sechs in der Anordnung der Fig. 3) sind unter der Auftragplatte 80 angeordnet. Dabei handelt es sich vor zugsweise um Peltier-Elemente, die beim Anlegen eines elek trischen Stroms in einer Richtung Wärme von der Ober- zur Unterseite ableiten. Wird Strom in der entgegengesetzten Richtung angelegt, wird die Auftragplatte 80 beheizt. Das elektrische Schaltbild der Fig. 3B zeigt, wie durch Anlegen eines Stroms an die Elemente 70 Wärme von der Auftragplatte 80 weg zu einem Kühlkörper 84 gezwungen wird, dar thermisch mit der Unterseite der Auftragplatte 80 verbunden ist. Ein Strom in der entgegengesetzten Richtung zwingt Wärme vom Kühlkörper 84 zur Auftragplatte 80.

Die Fig. 4 zeigt die Anordnung der Peltier-Elemente 70 unter der Auftragplatte 80 ausführlicher; desgl. zeigt sie, daß metallische Leiter 82 auf der Unterseite der Kühleinrichtun gen angeordnet sind und einen Rippenkühlkörper 84 unter ihrer Unterseite tragen. Die Isolierung 78 füllt den Raum zwischen und seitlich der Kühleinrichtungen 70 aus.

Wie die Schnittdarstellung der Fig. 5 zeigt, verläuft der Rip penkühlkörper 84 bis in einen Kühlluft-Einlaßkanal 206 hin ein. Gebläse 204 drücken Kühlluft in den Kanal 206, über die Rippen des Kühlkörpers 84 und dann durch den Ausgangskanal 208 auf der Rückseite des Elektrophoreseautomaten 10 wieder hinaus. Wenn in den in den Fig. 3A, 3B gezeigten Stromkreisen Strom fließt, d.h. während der Elektrophoresebehandlung, wird Strom in einer solchen Richtung an die Peltier-Elemente 70 gelegt, daß die Kühlluft aus dem Kanal 206 unter dem Druck der Kühlgebläse 204 die bei der Elektrophorese entstehende Wärme aus dem Automaten durch den Ausgangskanal 208 heraus drückt. Die dargestellte Kühleinrichtung ist für den Elektro phoreseautomaten dahingehend vorteilhaft, daß ein höherer Elektrophoresestrom angelegt und damit die für die Elektro phoresebehandlung erforderliche Zeit verkürzt werden können. Die von dem höheren Strom erzeugte Wärme wird von den Peltier-Kühlelementen wirkungsvoll abgeführt.

Nach der Elektrophoresebehandlung und dem Auftragen und Ver teilen des Anfärbemittels auf der Oberfläche des Trägers 12 - alle diese Schritte werden weiter unten ausführlicher erläu tert - muß der Träger 12 mit dem auf seiner Oberfläche ver teilten Anfärbemittel inkubiert werden. Dies erfolgt, indem zunächst der Deckel 92 geschlossen wird, um die Elektropho resekammer 13 abzuschließen.

Wie die Fig. 2, 3 und 4 zeigen, stehen zwei waagerecht ver laufende Stäbe 88 hochkant von der Platte 80 ab, die Nuten 80 enthalten, in denen die Abdeckung 92 in Längsrichtung ver schoben werden und damit die Elektrophoreseplatte 80 abdecken und offenlegen kann. Die Fig. 3 zeigt die Abdeckung 92 in ihrer Offenlage sowie die Löcher 93 in ihrem Ende, die mit den geschlitzten Armen 44 der Elektromagneten 42 zusammenwir ken, um die Abdeckung zu öffnen und zu schließen.

Wie oben erläutert, wird zum Inkubieren (und Trocknen) an die Peltier-Elemente 70 unter der Auftragplatte 80 Strom in einer zu der für das Kühlen entgegengesetzten Richtung angelegt. Beim Einschalten des elektrischen Stroms (vergl. Fig. 3B und 6) in der entgegengesetzten Richtung an die Peltier-Elemente 70 wird Wärme direkt auf die Platte 80 aufgebracht, die diese auf den Träger 12 überträgt, um das Anfärbemittel auf dem Träger zu inkubieren.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen die Mittel, mit denen nach dem In kubieren Trockenluft über die Oberfläche des Trägers 12 ge führt wird. Längsverlaufende Schlitze 86 sind an den Quer seiten der Platte 80 außerhalb der Auflagefläche des Trägers 80 vorgesehen. Sie sind bspw. in der Fig. 3 und auch im Schnitt in der Endansicht der Auftragplatte in Fig. 4 ge zeigt. An der rechten Seite des Schlitzes 86 besteht eine Verbindung zu einer Trockenluft-Zulaufleitung 98 während der linke rechteckige Schlitz in der Platte 80 in Verbindung mit der Trockenluft-Ablaufleitung 99 steht.

Im Trockenluft-Zulaufkanal 98 sind ein Heizelement 202 sowie ein Trockengebläse 200 vorgesehen. Der Zulaufkanal ist mit einem Winkel 218 gehaltert, der am Kühlkörper 84 befestigt ist. Der Ablaufkanal ist mit einem Winkel 216 gehaltert, der ebenfalls am metallischen Kühlkörper 84 befestigt ist. Beim Trocknen wird Luft von der Vorderseite des Automaten her von den Trockengebläsen 200 durch den Zulaufkanal 98 und über das Heizelement 202 gedrückt und so Trockenwärme auf die Oberflä che des Trägers 12 geführt.

Alternative Träger-Kühlanordnung

Die Fig. 4A zeigt eine alternative Ausführungsform der Anord nung zum Abführen der Widerstandswärme im Träger 12 während der Elektrophoresebehandlung. Wie bereits erwähnt, muß man den Elektrophoresestrom erhöhen, um die Zeit zu verkürzen, während der sich die Komponenten der Proben auf dem Agarose gel des Trägers 12 einwandfrei trennen. Das Gel wird sich da her stärker erwärmen, und die entstehende Widerstandswärme muß abgeführt werden, damit das Gel keinen Schaden nimmt oder schmilzt. Die in der Fig. 4A gezeigte Anordnung hat einen besseren Wärmeabführeffekt als die Peltier-Elemente 70 der Anordnung der Fig. 4.

Die Fig. 4A zeigt eine Kühlplatte 702 auf der den Kanal 98 bildenden Leitungsanordnung. Die Kühlrippen 708 stehen von der Kühlplatte 702 abwärts in den Kanal 99 hinein vor. Ein Peltier-Element 700 ist mit der Unterseite auf der Kühlplatte 702 montiert, eine Heizplatte 704 auf der Oberseite des Peltier-Elements 700 angebracht. Auf der warmen Seite ist ein Kühlkörper 706 vorgesehen. In dieser alternativen Ausfüh rungsform drückt ein Gebläse 200′ auf Befehl Luft auf der Vorderseite des Automaten aus, während Elektrophoresestrom durch den Träger 12 fließt. Die Richtung der Luftströmung des Gebläses 200′ kann für den Trockenschritt des Prozesses um gekehrt werden, wie oben beschrieben.

Während Elektrophoresestrom an den Träger 12 gelegt ist, zieht das Gebläse 200′ von der Rückseite des Automaten her Luft durch den Kanal 99 an. Gleichzeitig wird der Schalter 712 geschlossen, so daß Strom aus der GS-Quelle Vp′ durch das Peltier-Element 700 fließt. Das Peltier-Element 700 kühlt so mit die Kühlplatte 702 und die mit ihr verbundenen Kühlrippen 708. Die in den Kanal 99 eintretende Luft wird also beim Überströmen der Rippen 708 gekühlt und tritt gekühlt durch den hinteren Schlitz 86 in die Kammer 76 ein; vergl. den Pfeil 710. Gekühlte Luft strömt über die Ober- bzw. Gel-Seite des Agarosestreifens (Träger) 12 und nimmt die bei der Elek trophorese erzeugte Widerstandswärme mit sich zum Schlitz 86 und Kanal 98, wo sie von einem umkehrbaren Gebläse 200′ auf der Vorderseite des Automaten ausgedrückt wird. Der Schalter 712 wird geöffnet und das Gebläse 200′ abgeschaltet, wenn (bzw. kurz nachdem) der dem Träger 12 zugeführte Elektropho resestrom abgeschaltet wird. Während des nachfolgenden Trock nens wird das Gebläse 200′ umgeschaltet und bleibt der Schal ter 712 offen, so daß Luft von der Vorderseite des Automaten über den Kanal 98 einwärts über den Träger 12 und im Kanal 99 auf der Rückseite des Automaten hinausgedrückt wird.

Die Kühlschaltung 314 der Fig. 6 steuert, wie unten beschrie ben, nicht nur die Kühlphase der Peltier-Elemente 70; sie kann auch zusätzlich (oder stattdessen) eine oder mehrere Peltier-Elemente 700 steuern, indem sie den Schalter 712 wäh rend und kurz nach dem Anlegen des Elektrophoresestroms an den Träger 12 schließt.

Weitere Techniken zum Kühlen der Luft, die bei anliegendem Elektrophoresestrom über den Träger 12 geführt werden soll, lassen sich anstelle der Peltier-Elemente 700 anwenden - bspw. eine Miniatur-Kühleinrichtung entsprechend der, die in Kleinkühlschränken eingesetzt wird. Alternativ kann man nichtleitfähige Kühlplatten an der Unterseite der Abdeckung 92 in unmittelbarem innigem Kontakt mit dem Agarosegel des Trägers 12 angebracht werden, um dieses bei fließendem Elek trophoresestrom zu kühlen.

Der Abtastkasten

Wie am besten die Fig. 2 und 4 zeigen, weist der Abtastkasten 100 vier Leuchtstoffrähnren 110 A-110 D, auf, die am Kastendek kel zu einem Rechteck angeordnet sind. Eine Kamera 114 mit einer Linse 112 ist in der oberen Abschlußwand 109 des Ka stens angeordnet und sieht abwärts auf den Elektrophorese- Träger 12 hinab. Damnit die Kamera 104 wirksam arbeiten kann, muß die Abdeckung 92 in Längsrichtung nach außen verschoben werden, damit die Platte 12 zum System Kamera 114/Linse 112 hin freiliegt. Wie bereits beschrieben, wird beim Abtasten des elektrophoretisch behandelten und angefärbten Trägers 12 Außenlicht im wesentlichen von der vorderen Abdeckung (nicht gezeigt) in den Schlitzen 104 (Fig. 1) und von der Robotik- Krananordnung 30 abgeschirmt, die die Öffnung 101 in der Eingangswandung 102 im wesentlichen ausfüllt.

Steuerschaltung und Schnittstellen

Fig. 6 zeigt im Blockdiagramm die Verbindungen zwischen der digitalen Steuerschaltung 300, wie sie schaubildlich in der Fig. 1 gezeigt sind, sowie den Elementen der Robotik-Anord nung 30, die die Bewegung der Robotik-Krananordnung steuern. Desgl. sind verschiedene in der Elektrophoresekammer 13 ange ordnete Melde- und Steuerschaltungen gezeigt. Die digitale Steuerschaltung 300 ist über einen Bus 410 an den zugehöri gen Rechner 400 angeschlossen. Die Verbindungsleitungen vom Rechner 400 zur Steuerschaltung 300 sind in der Fig. 1A sowie schaubildich in den Fig. 6 und 7 gezeigt und sollen unten aus führlich erläutert werden.

Die digitale Steuerschaltung 300 weist eine zentrale Verar beitungseinheit (CPU) 301 auf, bei der es sich vorzugsweise um einen Mikroprozessor-Chip handelt, der unter der Bezeich nung Motorola MC 6802 im Handel ist. Ein Lesespeicher (ROM) 302 enthält die Befehle des Steuerprogramms; ein Schreib lesespeicher (RAM) 303 nimmt vorübergehend zu speichernde Datenauf.DieEingabe/Ausgabe-(E/A-) -Schnittstellenbausteine (VIA) 304 enthalten programmierbare E/A-Schnittstellen sowie einen Systemzeitgeber, der Ausgabesteuer-, Eingabe- und Über wachungsfunktionen ausführt und programmierbare Zeitinter valle festlegt. Ein Digital-Analog-(D/A)-Wandler 305 liefert Analogspannungen für die Analogschaltungen in der Elektropho resekammer 13, der Analog-Digital-(A/D)-Wandler 306 Überwa chungsspannungen von den Schaltungen in der Elektrophorese kammer her. Die Eingangsbefehle und die Ausgangssignale lau fen zwischen dem Rechner 400 und der Schaltung 300 auf dem Bus 410 und über die serielle E/A-Schnittstelle 328.

Ein Datenbus 329 dient als bidirektionale digitale Verbin dung zwischen den CPU-, ROM-, RAM-, VIA-, D/A- und A/D- Schaltungen und der seriellen E/A-Schnittstellenschaltung. Der Bus 330 ist ein Adreßbus für die unidirektionale Verbin dung zwischen der CPU und den ROM-, RAM-, VIA-, D/A- und A/D-Schaltungen sowie der seriellen E/A-Schnittstellen schaltung. Auf dem Adreßbus 330 wählt die CPU einen und nur einen Baustein aus, zu oder von dem eine Datenübertragung stattfindet.

Ein Ausgabebus 331 führt von der Schnittstelle 304 zu den von der CPU zu steuernden Schaltungen. Entsprechend sind die Überwachungs- und Detektorschaltungen über die Schnittstelle 304 und den Eingabebus 332 an den digitalen Eingang der CPU gelegt.

Die Robotik-Anordnung 30 weist fünf separate gesteuerte Ele mente auf: das Portal bzw. Rahmengestell 40, den Pipettentubus und -kolben der Pipettieranordnung 32, den Flaschenträger 50 und die Elektromagneten 42. Der Pipettentubus und der Pipet tenkolben sind hier nicht ausführlich beschrieben. Es sei auf die US-Patentanmeldung 8 53 201 (Sarrine & Garsee) verwiesen; diese Patentanmeldung enthält eine vollständige Beschreibung der Arbeitsweise und Steuerung der Pipettentuben und -kolben, wie sie zum Übertragen von Flüssigkeitsproben aus den Mulden 26, 28 auf den Träger 12 angewandt werden.

Die Steuerung des Portal- bzw. Gestellunterteils 40 erfolgt durch eine Motortreiber- und Bremschaltung 307 zur Steuerung des Motors 208. Der in der Fig. 6 schaubildlich gezeigt Posi tionsdetektor 316 liegt in Form der Nockenplatte 201, der Auftrag-Nockenplatte 203 und den Grenzschalter 205, 207 vor, die in Fig. 3 gezeigt sind. Der Positionsdetektor arbeitet, indem er die Schaltvorgänge der Schalter 205, 207 beim Vor beilauf an den Nocken der Proben-Nockenplatte 201 und der Auftrag-Nockenplatte 203 zählt.

Die Motortreiber- und -bremsschaltung 303 für den Pipetten tubus und dessen Positionsdetektor 317 sowie die Motortrei ber- und -bremsschaltung 309 für den Pipettenkolben und des sen Positionsdetektor 318 entsprechen der Beschreibung in der oben genannten Patentanmeldung.

Für den Flaschenträger 50 ist eine Motortreiberschaltung 310 vorgesehen, die unter Steuerung durch die CPU 301 und den VIA-Baustein 304 den Motor 60 in der einen oder anderen Rich tung drehen läßt, wenn der Portalunterteil 40 sich über dem Träger 12 befindet. Ein (nicht gezeigter) Grenzschalter dient als Positionsdetektor 319 an der Welle 52 des Flaschenträgers 50, wie in Fig. 4 gezeigt.

Eine Treiberschaltung 311 ist den Elektromagneten 42 zugeord net, damit bei Ansteuerung die geschlitzte Arme 44 nach unten ausfahren.

Unter der Proben/Wasch/Abtupf-Platte 14 ist eine Sperrschal tung 323 vorgesehen, die der CPU über die E/A-Schnittstelle 304 meldet, daß die Probenplatte 14 sich in der Sollage be findet und der Automat zur Aufnahme eines Startbefehls aus dem Rechner 400 bereit ist.

In der Elektrophoresekammer 13 dienen eine Hochspannungs schaltung 325 und eine Hochspannungs-Überwachungsschaltung 326 dazu, im Träger 12 einen Elektrophoresestrom zu erzeu gen, wie in Fig. 3A dargestellt. Die Hochspannungsschaltung 325 wird von der CPU 301 über den D/A-Wandler 305, den D/A- Bus 333 und die Türsperrschaltung 373 des Abtastkastens an gesteuert. Das Überwachungssignal aus der Hochspannungs- Überwachungsschaltung 326 geht auf dem Bus 334 an den A/D- Wandler 306.

Entsprechend legt eine Temperatur-Überwachungsschaltung 327 ihr Analogsignal zwecks Erkennung durch die CPU auf dem Bus 334 an den A/D-Wandler 306. Der Temperatursensor- bzw. -wand ler 327 ist in Fig. 2 in der Elektrophoresekammer 13 gezeigt. Digitale Steuersignale für die Peltier-Kühl/Heizelemente 70 gelangen über einen Ausgabebus 331 an die Inkubationsschal tung 313, entsprechend digitale Steuersignale für die Peltier-Elemente 70 bzw. 700 vom Ausgabedatenbus 331 an eine Kühlschaltung 314.

Der Lampentreiber 315 spricht auf die digitalen Befehle vom Datenbus 331 an und steuert die Lampen 110 A-110 D im Ab tastkasten 100.

Die in der Fig. 7 schaubildlich dargestellten Elemente des Rechners 400 zeigen dessen Verbindung zur digitalen Steuer schaltung 300 über die seriellen E/A-Schnittstelle 328 und den Bus 410. Eine serielle E/A-Schnittstelle 401 stellt den Übergang vom Bus 410 zum Rechner 400 dar. Vorzugsweise han delt es sich bei dem Rechner 400 um einen Personal Computer des Modells Compaq DeskPro. Mit ihm gibt die Bedienungsper son des Systems der Fig. 1 Befehle an den Elektrophoreseauto maten 10 und erhält sie von ihm Meldungen; weiterhin analy siert der Rechner die gespeicherten Daten und liefert mit tels der Ausgabegeräte graphische und Textmeldungen für die Bedienungsperson.

Die Befehlseingabe der Bedienungsperson an den Rechner er folgt mit einer Tastatur 407; Ausdrucke liefert der Drucker 408. Ein Textausgabe-Bildschirm 405 mit Kathodenstrahlröhre kann dem Personal Computer direkt zugeordnet sein, während sich ein Graphikbildschirm 406 im Elektrophoreseautomaten 10 anordnen läßt, wie in Fig. 1A gezeigt.

Elektronische Abtastung und Kalibrierung

Die Videokamera 114 weist vorzugsweise eine Vidicon-Bildröhre auf, die eine serielle Analog-Darstellung ihres Sichtbereichs liefert. Ein Bildrahmen-Wandler 403 ("frame grabber") wandelt das serieelle Ausgangssignal der Kamera 114 zu einer digita len Bilddarstellung um, speichert diese im Speicher 409 und gibt die Analyseergebnisse graphisch und als Text aus.

Im Betrieb "sieht" die Kamera 114 einen Bereich etwa gleich der Fig. 3E, nachdem die Elektrophorese und Anfärbung unter Kontrolle durch den Rechner 400 und die Steuerschaltung 300 selbsttätig durchgeführt worden sind. Nachdem die Leucht stofflampen 110 A-110 D eingeschaltet worden sind, tastet die Kamera den gesamten Träger 12 ab und erzeugt analoge Video und Synchronisiersignale. Die Amplitude der momentanen Video spannung entspricht der von der Oberfläche des Trägers abge gebenen Lichtintensität. Diese analoge Ausgangsspannung wird dann, wie oben erwähnt, vom Bildrahmen-Wandler 403 zu einer digitalen Darstellung in einer Matrix von 512 Spalten und 512 Reihen umgewandelt. Die Synchronsignale dienen dazu, die ana logen Videodaten mit den Orten auf der Probenplatte 12 zu korrelieren.

Bevor der Elektrophoreseautomat 10 mit der Elektrophoresebe handlung beginnt, wird das System aus der Kamera 114 und der Optik 112 kalibriert zwecks Korrektur der nichtlinearen parabolischen Effekte, die zu einer nichtlinearen Darstel lung der Intensitätswerte der Bildelemente in der 512×512- Matrix des Bildrahmen-Wandlers 403 führen können.

Um das System Kamera 114/Linse 112 zu kalibrieren, wird, wie in Fig. 15A gezeigt, ein homogener Träger 12 auf der Auftrag platte 80 in den Abtastkasten 100 eingebracht. Auf den Träger 12 sind keine Proben aufgetragen worden; natürlich ist er auch nicht elektrophoretisch behandelt, inkubiert oder ange färbt worden. Die Vordertür des Abtastkastens wird geschlos sen und die Robotik-Krananordnung 30 in die Öffnung 101 ein gefahren, um die tatsächlichen Abtastbedingungen zu simulie ren, bei denen das Innere des Abtastkastens 100 gegen im wesentlichen das gesamte Außenlicht abgeschirmt ist. Danach werden die UV-Lampen 110 A-110 D sowie das System Kamera 114/ Linse 112 eingeschaltet. Der Bildrahmen-Wandler 403 (Fig. 7) nimmt eine "Momentaufnahme" der Platte auf; die Intensitäten jedes der Bildpunkte in der 512×512-Matrix werden im Speicher 409 abgelegt.

Danach werden elektrisch unter Programmsteuerung die Schablo nen 801, 802, . . ., 815 um die 15 Abtastspuren entsprechend den 15 Probenreihen eines auf die Auftragplatte 80 aufgeleg ten realen Trägers 12 gelegt. Die Höhen- bzw. Y-Richtung je der Spur entspricht etwa 1/15 (ca. 34 Bildelemente) der Höhe des Bildspeichers 409, die Breiten- bzw. X-Richtung jeder Spur ist gleich der Gesamtbreite (d.h. 512 Bildelemente) des Bildspeichers. Diese 15 Spuren entsprechen dem Ort der Pro benreihen auf den später abzutastenden Elektrophoreseplatten.

In jeder der 15 Spuren wird das 2-dimensionale Bildpunktfeld zu einem 1-dimensionalen Datenfeld umgewandelt, indem die Bildpunktwerte in jeder der 512 vertikalen Spalten innerhalb jeder der etwa 34 Pixelreihen summiert und gemittelt werden. Es werden also für jede vertikale Spalte die Intensitäten der 34 Pixels (Bildelemente) der heweiligen Spur summiert und durch die Anzahl der Pixelreihen (also 34) dividiert. Als Ergebnis wird jede der 15 Spuren durch einen Reihenvektor der gemittelten Intensitäten als Funktion der X-Ausdehnung der Pixel von x = 1 bis x = 512 dargstellt. Sodann werden die ge mittelten Intensitäten in dieser "Intensitätsmittelwert"- Matrix von 15×512 Intensitätswerten auf das Intensitäts maximum Imax durchsucht.

Danach wird Imax durch jede gemittelte Pixelintensität in der 15×512-Matrix dividiert und jedes Matrixelement durch den jeweiligen Quotienten ersetzt. Jedes Matrixelement wird da durch zu einem Korrekturfaktor in einer Korrekturfaktorma trix, die beim betrieblichen Abtasten des Trägers 12 nach dem selbsttätigen Aufbringen von Proben in den zwei Sätzen von 15 Probenmulden und nach der Elektrophoresebehandlung, dem Anfärben, dem Inkubieren, Trocknen usw., die ebenfalls selbsttätig erfolgen, auf einen tatsächlichen Träger ange wandt wird.

Die Fig. 15B zeigt elektronische Schablonen wie 601, 612, 616, 623, die rechnergesteuert angelegt werden, um selbsttä tig den Analysebereich jedes der 512×512 Bildelemente zu definieren, die der Bildwandler 403 für einen tatsächlichen, elektrophoretisch behandelten Träger gespeichert hat. Die axiale Y-Ausdehnung der Schablonen entspricht der während des Kalibrierens der oben beschriebenen 15 Kalibrierspuren. Beispielsweise soll die Schablone 601 um das Elektrophorese-Längsmuster der probe in der Mulde 701 auf dem Träger 12 gelegt werden. Da der Träger 12 auf der Auftragplatte 80 an einer vorbestimm ten Stelle liegt und das System Kamera 114/Linse 112 bezüg lich der Platte 80 festliegt, paßt die elektronische Schab lone 601 präzise auf das Elektrophoresemuster für die Flüs sigkeitsprobe in der Mulde 701. Für jede Probe wird eine elektronische Schablone angelegt.

Die Daten in jeder Schablone werden dann über die Bildele mente in den Y-Reihen innerhalb de Schablone zu einer einzi gen Darstellung der Dichte als Funktion des Elektrophorese- Versatzes X für jede der Proben gemittelt. Danach werden die gemittelten Intensitätswerte für jede X-Position in jeder Schablone mit einem entsprechenden Korrekturfaktor aus der oben bechriebenen Korrekturfaktormatrix multipliziert. Die Daten werden dann in einem organisierten Format im Speicher 409 des Rechners 400 abgelegt, wo eine Dichteanalyse sich ausführen läßt. Die US-PS 42 42 730 der Anmelderin beschreibt hierzu ein bekanntes rechnergesteuertes Densitometer und das Verfahren, digitale Darstellungen der abgetasteten Proben zu einer analogen Bilddarstellung auf einem Kathodenstrahl-Bild schirm 405 wie dem des Rechners 400 der Fig. 1A umzuwandeln. Die Bedienungsperson kann die visuell ausgegebene Dichtekurve edititieren.

Es ist vorteilhaft, eine Videokamera oder eine ähnliche Ein richtung wie bspw. eine CCD-Kamera zu verwenden, da die ge samte Probenplatte innerhalb 1/30 Sekunde abgetastet werden kann. Der Abtastvorgang liefert Informationen über bspw. alle 30 Proben, wie sie in Fig. 3E dargestellt sind. Die Daten können vom Rechner zu einem 2-dimensionalen Datenfeld orga nisiert werden, so daß der rechner nicht nur die einzelnen Längs-Komponenten der Proben, sondern auch die Probengrenzen genau bestimmen kann, falls die Proben nicht genau parallel zueinander aufgetrennt sind. Weiterhin lassen sich die Pro bendaten zum Entfernen von Rausch- bzw. Störanteilen durch Wiederholen der Abtastung und Mitteln der Ergebnisse aufbe reiten.

Mechanische Abtastung

In bestimmten Fällen können die Vorteile einer elektronischen Abtastung des in situ elektrophoretisch behandelten Trägers nicht indiziert sein. Niedrigere Herstellungskosten konnen die Verwendung einer bekannten Anordnung 900 mit Schlitzblen de und Detektor als Teil der Robotik-Anordnung 30′ der Fig. 16 erfordern. Der Elektrophoreseautomat 10′ der Fig. 16 ist mit dem Automaten 10 der Fig. 1 im wesentlichen identisch, wobei die Anordnung 900 jedoch eine elektronische Abtastung mit mechanischem Antrieb als alternative zur stationären Videoabtastung mit dem System Videokamera 114/Linse 112 der Fig. 1 durchführt.

Die Abtastanordnung 900 ist vorzugsweise auf der Vorderseite der Robotik-Anordnung 30′ angeordnet und weist eine ortsfeste Leuchtstoffröhre 901, einen Kollimator 903 und eine Photover vielfacherröhre 905 auf. Die Lampe 901 befindet sich inner halb der Abdeckung 906. Der Kollimator 903 sitzt in einem seitlichen Schlitz 904 in der Abdeckung und ist beim Abtasten abwärts zum Träger 12 gewandt. Die Photovervielfacherröhre 905 fängt das durch den Kollimator 903 übertragene Licht auf.

Nach dem Auftragen der Flüssigkeitsproben, Anfärben, Inkubie ren und Trocknen, wie oben beschrieben, fährt ein (nicht ge zeigter) Motor den Kollimator 903 und den Photovervielfacher 905 mikroprozessorgesteuert schrittweise seitlich über den Träger 12. Die Ausgangssignale des Photovervielfachers 905 werden mit einer Leitung 907 auf einen Verstärker und A/D- Wandler (nicht gezeigt) und von diesem an den Rechner 400 gegeben. Die Leitung 907 kann auch zur digitalen Steuer schaltung 300 (Fig. 6) führen, um die Leuchtstofflampe 901 während des Abtastens zu steuern. Die Längsbewegung über den Träger 12 während des Abtastens erfolgt durch eine schritt weise Verschiebung der Robotik-Anordnung 30′ in Längsrich tung mittels des Motors 210 (Fig. 3). Wie oben gezeigt, er zeugt die mechanische Spaltblenden- und Detektor-Anordnung 900 elektrische Signale, die der Intensität der in Längs richtung getrennten Bestandteile der elektrophoretisch be handelten und angefärbten Proben auf dem Träger 12 entspre chen.

Die Fig. 16 zeigt die Robotik-Anordnung 30′, bevor sie in Längsrichtung über den Träger 12 geschoben wird. Es ist ein zusehen, daß der Abtastkasten 909 flacher als der Abtast kasten 100 der Fig. 1 ausgeführt werden kann, da bei der in der Fig. 16 gezeigten Anordnung eine Kamera mit Optik nicht erforderlich ist.

Betrieb des Elektrophoreseautomaten

Nachdem die Bedienungsperson die Probenplatteneinheit 14 auf dem Unterteil der Vorrichtung in die Sollage gebracht (Fig. 1) und einen Trägerstreifen 12 auf die Auftragplatte 80 auf gelegt hat (Fig. 3), schließt sie die Tür auf der Vorderseite des Abtastkastens 100 und gibt an der Tastatur 407 des Rech ners 400 einen Startbefehl ein. Vorher sind die zu analysie renden Flüssigkeitsproben in die Mulden der Reihen 26, 28 der Probenplatteneinheit 14 eingebracht worden. Jede Reihe hat dabei vorzugsweise fünfzehn separate Mulden. Eine der Mulden kann zu Vergleichszwecken bei der Analyse eine Standard- bzw. Bezugsprobe enthalten. Weiter kann der Abtupfbereich 22 mit Saugpapier versehen sein und ist die Waschmulde 20 mit Wasch wasser gefüllt worden. Mit dem Aufsetzen der Probenplatten einheit 14 auf den Unterteil des Automaten wird auf dem Bus 332 ein Signal an die Steuerschaltung 300 geschickt, wie es die Fig. 6 zeigt. Der Rechner 400 erhält damit eine Meldung, daß die digital gesteuerte Prozeßautomatik ablaufen kann.

Die Fig. 8-13 zeigen wesentliche Schritte aus dem selbsttä tig ablaufenden Prozeß der Behandlung der Flüssigkeitsproben in den Mulden der Reihen 26, 28 der Probenplatteneinheit. Die Fig. 8 zeigt, daß die Pipetteneinheit Proben eines vorbe stimmten Volumens ansaugt. Dieser Vorgang ist ausführlich in der US-Patentanmeldung 8 53 201 erläutert.

Die Fig. 9 zeigt, daß die Robotik-Anordnung 30 in Längsrich tung in den Bereich des Trägers 12 verschoben worden ist und daß die Flüssigkeitsproben zu einer Reihe auf der Trägerober fläche angeordnet sind. Die Abdeckung 92 der Elektrophorese kammer befindet sich in ihrer Offenstellung.

Die Fig. 10 zeigt das Schließen der Abdeckung 92, nachdem der geschlitzte Arm 44 von den Elektromagneten 42 betätigt wor den ist, um in die Öffnungen 93 in der Abdeckung 92 einzufah ren. Wie dargestellt, ist die Robotik-Anordnung 30 in Längs richtung zur Elektrophoresekammer hin verschoben worden und hat die Abdeckung 92 geschlossen.

Es sei angenommen, daß nach dem Schließen der Abdeckung die Elektrophorese stattfindet. Dieser Prozeß ist bereits oben beschrieben worden; zusammenfassend sei wiederholt, daß dabei mittels der Pfosten, Elektroden und den kombinierten Elektro den/Verteilerstäbe eine Elektrophoresespannung an den Träger gelegt wird. Gleichzeitig mit dem Anlegen des Elektrophorese strom an den Träger 12 wird Strom in einer Richtung an die Peltier-Heiz/Kühl-Elemente 70 gelegt. Durch das Kühlen des Trägers 12 kann ein stärkerer Srom angelegt werden, so daß die gesamte Elektrophorese schneller ablaufen kann.

Die Fig. 11 zeigt das Aufbringen des Reagens 47 aus den Fla schen 48. Der Flascheninhalt wird auf den Träger 12 gekippt, indem der Flaschenhalter 50 vom Motor 60 gedreht wird. Die Fig. 11 zeigt, daß die Abdeckung 92 vorher in einem dem der Fig. 10 entgegengesetzten Vorgang in die Offenstellung ge fahren worden ist.

In der Fig. 12 wird das Reagens auf der Oberfläche des Trä gers 12 verteilt. Dieses Verteilen erfolgt vorzugsweise durch Betätigen des gegabelten Arms 44 derart, daß dessen Ausspe rung jeweils einen Verteilerstab - bspw. 76 - übergreift. Die Robotik-Anordnung wird dann in Längsrichtung hin- und herbe wegt und so das Reagens über die Oberfläche des Trägers ver teilt. Der andere Verteilerstab 74 kann zusätzlich so verwen det werden, wie es die Fig. 12 zeigt, um das Reagens weiter auf dem Träger 12 zu verteilen.

Danach wird die Abdeckung 92 in einer der in Fig. 11 gezeig ten entsprechenden Operation wieder in die Schließstellung gefahren und kann inkubiert und getrocknet werden. Zum Inku bieren werden die Peltier-Elemente als Heizelemente betrie ben, so daß sie die Auftragplatte 80 für eine vorbestimmte Zeitspanne beheizen. Zum Trocknen wird zusätzliche Trocken luft durch die Kanäle über den Träger geführt, wie es aus führlich in der Fig. 4 gezeigt ist.

Nach dem Inkubieren und Trocknen wird der Träger 12 in situ elektronisch abgetastet. Wie die Fig. 13 zeigt, erzeugt das System Kamera 114/Linse 112 ein Analogsignal entsprechend dem Gesichtsfeld auf dem von den Leuchtstofflampen 110 A-110 D beleuchteten Träger 12. Dieses optische Signal läßt sich mit einer direkt auf dem Automaten angebrachten Kathodenstrahl röhre 406 wiedergeben. Die Fig. 13 zeigt weiterhin, daß die Robotik-Anordnung 30 sich in der Öffnung 101 der Eingangs wand des Abtastkastens 100 befindet, um dessen Inneres wäh rend der Abtastung durch die Videokamera 114 gegen das Um licht abzuschirmen.

Die Rechnersteuerung des Automaten

Die Fig. 14A-14F zeigen als Flußdiagramm die Steuerung des Automaten. Gem. Fig. 14A wird ein Signal aus dem Rechner 400 an die digitale Steuerschaltung für den selbsttätigen Ablauf der Elektrophorese gegeben. Wie im Kästchen 500 gezeigt, wird die Pipettenanordnung in die Ruhelage gebracht, indem die Zy linder auf- und die Kolben abwärtsgefahren werden; vergl. hierzu die Beschreibung in der erwähnten US-Patentanmeldung 8 3 201. Der Portalunterteil 40 wird in die Ruhestellung ge bracht, indem ein Steuersignal an die Motortreiber- und Bremsschaltung 307 gegeben und seine Lage vom Positionsdetek tor 316 ermittelt wird. Danach wartet der Rechner auf einen Startbefehl aus der seriellen E/A-Schnittstelle 328 (Kästchen 501). Der Rechner prüft dann im Kästchen 502, ob die Proben platte 14 auf die Grundplatte 15 des Automaten aufgesetzt worden ist. Liegt ein Signal aus der Sperrschaltung 323 vor, läuft der Steuervorgang weiter; ohne ein Signal aus der Schaltung 323 wird eine Fehlermeldung an den Rechner 400 ge geben und kann dort für die Bedienungsperson ausgedruckt oder auf dem Bildschirm ausgegeben werden.

Wie in Fig. 14B gezeigt, werden gem. Block 503 Flüssigkeits proben aus den Probenmulden 62 auf den Träger 12 übertragen. Wie angegeben, werden die Pipettenspitzen vor und nach diesem Übertragen von Proben auf den Träger gewaschen und getrock net. Dann werden Flüssigkeitsproben aus den Probenmulden 28 in die Probenmulden 63 des Trägers 12 übertragen und die Pi pettenspitzen erneut gewaschen. Wie bereits erwähnt, entspre chen die Schritte des Waschens, Trocknens, Abtupfens und Auf tragens den in den US-Patentanmeldung 8 53 201 beschriebenen. Im Block 505 werden dann die Zylinder der Pipettieranordnung 32 aufwärts- und deren Kolben abwärtsgefahren.

Die Fig. 14C zeigt eine Folge von Schritten 506, mit denen unter Steuerung durch die digitale Schaltung 300 die Abdec kung 92 über der Elektrophoresekammer 13 geschlossen wird. Beginnend mit dem Block 507 wird der Portalunterteil 40 in die Offenstellung der Abdeckung 92 gefahren, dann im Block 508 Strom an die Treiberschaltung 311 der Elektromagneten gelegt, um die Arme abwärts aus- und in die Löcher 93 in der Abdeckung zu fahren. Im Block 509 wird der Portalunterteil 40 zur Elektrophoresekammer 13 in die Schließstellung der Abdeckung 92 gebracht, im Block 510 die Treiberschaltung 311 entregt, so daß die Arme 44 in ihre Ruhestellung zurückkeh ren, und im Block 511 der Portalunterteil 40 in seine Aus gangs- bzw. Ruhestellung gefahren.

Die Blöcke 512 werden ausgeführt, um Elektrophoresestrom an den Träger 12 zu legen und ihn dabei zu kühlen. Im Block 513 wird die Dauer des Anliegens des Elektrophoresestroms fest gelegt und die Hochspannung über die Pfostenpaare 94, 96 ge legt und eingestellt. Im Block 514 werden mit der Kühlschal tung 314 die Kühlelemente 70 und/oder 700 sowie die Gebläse 204 und/oder 200′ eingeschaltet. In den Blöcken 516 werden die Ausgangsspannung der Schaltung 325 und die Dauer der Elektrophoresebehandlung überwacht und dann die Spannung und die Kühleinrichtungen abgeschaltet.

Die mit 517 bezeichneten Blöcke in der Fig. 14D beschreiben die zum Öffnen der Abdeckung 92 erforderlichen Schritte. Sie entsprechen den zum Schließen der Abdeckung 92 erforderlichen Schritten 506 und sind daher nicht ausführlich beschrieben. Die gemeinsam mit 518 bezeichneten Blöcke bewirken das Auf tragen des Anfärbemittels auf den Träger 12. Im Block 519 wird der Portalunterteil 40 zum Träger 12 hin in eine Lage etwa in der Mitte zwischen den Elektroden- und Verteiler stäben 74, 76 gefahren. Im Block 520 wird der Motor angesteu ert, der die Flaschen 48 mit dem Anfärbemittel kippt und die ses so auf den Träger 12 aufbringt; danach wird der Motor zu rückgedreht und der Flaschenhalter 50 in die Ruhestellung ge bracht.

Die gemeinsam mit 521 bezeichneten Blöcke beschreiben die Schritte zum Verteilen des Anfärbemittels auf dem Träger 12. Im Block 522 wird der Portalunterteil 40 so weit verfahren, bis die Elektromagneten 42 sich unmittelbar über der Elek trode (Verteilerstab) 74 befinden, dann im Block 523 die Treiberschaltung 311 erregt, so daß die Arme 44 abwärts aus fahren und sich mit ihren Ausnehmungen 44 A auf die Verteiler stange 74 aufsetzen. Im Schritt 524 wird der Portalunterteil 40 zu den zweiten Mulden 63 und dann wieder zu den Elektro denpfosten 94 gefahren. Im Block 525 wird der Strom von der Treiberschaltung 311 abgenommen, um die Arme in die Ruhe stellung zurückzuführen. In den Blöcken 526, 527, 528, 529 wird das Verteilen des Anfärbemittels durch die Elektrode (Verteilerstab) 76 über den Träger und die Rückführung der Arme 44 in ihre Ruhelage gesteuert.

Die Abdeckung 92 wird dann entsprechend den Blöcken 530 (ent sprechend den früher ausgeführten Blöcken 506) geschlossen.

In der Fig. 14E setzt sich der Vorgang mit den Blöcken 531 fort, in denen das Anfärbemittel den Träger tränken kann. Die digitale Steuerschaltung 300 läßt in diesen Schritten zwi schen dem Aufbringen des Reagens auf den Träger und dem Be ginn der Inkubation genug Zeit verstreichen.

Die gemeinsam als Inkubation 532 bezeichneten Schritte begin nen mit dem Schritt 533, in dem die Inkubationsdauer einge stellt wird, sowie dem Schritt 534 zum Einstellen der Inkuba tionstemperatur. Die Inkubations-Heizschaltung 313 wird im Schritt 535 eingeschaltet. Im Schritt 536 wird die Inkuba tionstemperatur mittels des Sensors 327 überwacht und die Steuerung auf die Trockenschritte 538 übergeben.

Die gemeinsam als Trockenschritte 538 bezeichneten Maßnahmen beginnen mit den Schritten 539, 540, d.h. dem Einstellen von Trockendauer und -temperatur. Im Schritt 541 werden die Trocknerschaltungen 340 aktiviert, um die Heizelemente 202 und Gebläse 200 einzuschalten. Im Schritt 542 werden die Trockentemperatur mit dem Temperaturmonitor 327 und die Troc kenzeit überwacht. Im Schritt 543 werden die Inkubations- Heizschaltung 313 und die Trockenschaltung 340 abgeschaltet.

Die Fig. 14F zeigt, daß dann die Abdeckung 92 wieder geöffnet wird (Schritte 544); diese Schritte entsprechen den oben mit 517 bezeichneten. Die Steuerung geht nun über an den Schritt 545, wo der Rechner 400 ermittelt, ob die Lampen 100 A-100 D eingeschaltet sind; wenn nicht, gibt er im Block 546 den Ein schaltbefehl. Beim Eintreffen eines Signals aus dem Block 547, das das Einschalten der Lampen meldet, geht die Steue rung auf den Block 548 über, in dem das Videobild aus der Kamera 104 übernommen und abgespeichert wird. Die Lampen 110 A-110 D werden unter der Steuerung des Blocks 549 abge schaltet.

Der Rechner 400 führt dann im Schritt 550 die densitometri sche Verarbeitung nach bekannten Verfahren der Bestimmung der relativen Dichtewerte der Probenkomponenten durch, die bei der Elektrophorese sich in Längsrichtung aufgeteilt haben. Die Ergebnisse werden bildmäßig auf den Bildröhren 405, 406 und als Ausdruck mit dem Drucker 408 ausgegeben, wie in den Schritten 551, 552 gezeigt.

Alternative Anordnung zur 2-dimensionalen Elektrophorese

Die Fig. 17, 18 und 19 zeigen eine Alternative zur oben be schriebenen Anordnung, mit der eine 2-dimensionale Elektro phorese durchgeführt werden kann. Insbesondere zeigt die Fig. 17 eine der Fig. 3 entsprdchende Darstellung mit einem Träger 12′ mit seitlich verlaufenden Reservoirstreifen 958, 960 sowie in Längsrichtung verlaufenden Reservoirstreifen 962, 964. Auf dem Träger 12′ sind vier Probenmulden 956, 954 an geordnet, die Flüssigkeitsproben zur elektrophoretischen Analyse aufnehmen. Diese Proben werden auf die oben beschrie bene Weise mit einer entsprechenden Anzahl von Auftragpipet ten aufgetragen, nachdem sie aus dem Probenkammern 952, 950 der Auftragplatte 14′ aufgesaugt worden sind.

Obgleich nur vier Probenmulden 956, 954 und Probenkammern 952, 950 gezeigt sind, können sie - abhängig von der Quer abmessung des Trägers 12′ - in größerer Anzahl vorliegen. Für eine gegebene Querabmessung, wie sie für den Träger 12 der Fig. 3 und den alternativen Träger 12′ der Fig. 17 gezeigt ist, ist eine geringere relative Anzahl von Probenmulden 956, 954 angezeigt, um nach der Elektrophorese in der Längsrich tung, wie sie oben beschrieben ist, auch einen ausreichenden seitlichen Abstand für die nachfolgende Elektrophorese in Querrichtung zu belassen.

Wie die Fig. 17 zeigt, besteht nach dem Einbringen der Pro benflüssigkeit in die Mulden 956, 954 elektrischer Kontakt zwischen dem Elektrodenstab 74 und den Elektrodenpfosten 940, 942 sowie zwischen dem Elektrodenstab 76 und den Elektroden pfosten 980, 982. Wie oben beschrieben, steht der Stab 74 in elektrischem Kontakt mit dem Reservoirstreifen 958 und der Stab 76 mit dem Reservoirstreifen 960. Die Elektrodenpfosten 940, 942 sind über die Leitungen 990, 992 und den gekoppelten Schalter 1000 in der X- bzw. Längsstellung an den Pluspol der Quelle des Elektrophoresepotentials V _E′ gelegt, die Elektro denpfosten 980, 982 sind mit den Leitungen 994, 996 und über den gekoppelten Schalter 1000 in der X-Stellung an den Minus pol der Quelle des Elektrophoresepotentials gelegt. Wird nun über den Pfosten 74 und den Streifen 958 bzw. über den Strei fen 960 und den Pfosten 76 Elektrophoresestrom als Schicht in Längsrichtung über das Gel des Trägers 12′ gelegt, erfah ren die unterschiedlich geladenen Bestandteile der Flüssig keitsproben eine Auslenkung in Längsrichtung, wie sie mit den Bezugszahlen 976 und 978 in Fig. 19 gezeigt ist.

Wie die Fig. 18 zeigt, wird nach dem Abschluß der Elektropho rese in der X- bzw. Längsrichtung der Elektrodenstab 74 in elektrischen Kontakt zwischen die Pfosten 940 und 980 gelegt und steht gleichzeitig in elektrischem Kontakt mit dem Längs- Reservoirstreifen 962. Entsprechend steht der Stab 76 in elektrischem Kontakt mit den Pfosten 942, 982 sowie mit dem Längs-Reservoirstreifen 964. Die Stäbe 74, 76 lassen sich auch austauschen, da sie untereinander identisch aufgebaut sind.

Bei der in Fig. 18 gezeigten Anordnung der Stäbe 74, 76 liegt der Minuspol der Quelle des Elektrophoresepotentials V _E über die Leitungen 990, 994 sowie den gekoppelten Schalter 1000 in der Y-Stellung an den Pfosten 940, 980. In dieser Stellung legt de Schalter 1000 den Pluspol der Quelle des Potentials V _E über die Leitungen 992, 996 an die Pfosten 942, 982.

In der in Fig. 18 gezeigten Anordnung fließt der Elektropho resestrom als seitliche Stromschicht durch das Gel des Trä gers 12′ von den Pfosten 942, 982 und dem Stab 76 über den Reservoirstreifen 962 und Stab 74 zu den Pfosten 940, 980.

Wie die Fig. 19 zeigt, sind nun die Komponenten 966 und 978, die zuvor elektrophoretisch in Längsrichtung verschoben wor den waren, durch die weitere Elektrophorese auch in seitli cher bzw. Querrichtung verschoben worden; diese seitliche Verschiebung ist in der Fig. 19 mit den Bezugszahlen 984 und 986 angedeutet. Natürlich kann man mit der in den Fig. 17, 18 und 19 gezeigten Anordnung die Proben in den Mulden 956, 954 der Elektrophorese auch zunächst in Quer- und dann in Längsrichtung unterwerfen.

Nach dieser Längs- und Quer-Elektrophorese lassen sich die anderen Schritte des Elektrophoreseautomaten im wesentlichen so durchführen, wie oben anhand einer nur für die Längs-Elek trophorese ausgerüsteten Vorrichtung beschrieben ist.

Claims

1. Elektrophoreseautomat mit einem Unterteil, einer auf dem Unterteil in Längrichtung angeordneten Auftragplatte und einem Elektrophorese-Träger, der abnehmbar auf der Auftrag platte befestigt ist und eine Längs- und eine Querabmessung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Träger eine elektrisch nicht leitfähige Unterlage mit einem auf diese aufgetragenen Elektrophoresemedium auf weist, das in seiner Oberfläche eine Auftragmulde und einen ersten und einen zweiten, elektrisch leitfähigen Reservoir streifen enthält, die an jedem der Längsenden des Trägers querverlaufend angeordnet sind,
eine erste und eine zweite Elektrode mit den beiden Polen einer elektrischen Potentialquelle verbunden werden und in Querrichtung über den Träger in elektrischem Kontakt mit dem ersten bzw. dem zweiten Reservoirstreifen angeordnet werden können, und daß
eine Einrichtung zum Einbringen einer Flüssigkeits probe in die Auftragmulde des Trägers,
eine Einrichtung, mit der die elektrische Potential quelle zwischen die erste und die zweite Elektrode gelegt werden kann, so daß Elektrophoresestrom in Längsrichtung und in Querrichtung im wesentlichen gleichförmig durch den Träger fließt, und
eine Einrichtung vorgesehen sind, um die infolge des elektrischen Elektrophoresestroms im Träger entstehende Wärme abzuführen.

2. Elektrophoreseautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabführeinrichtung Mittel zum Führen gekühlter Luft über das Elektropho resemedium auf dem Träger während mindestens eines Teils des Zeitraums aufweist, in dem elektrischer Elektrophoresestrom durch den Träger fließt, um so Wärme von Träger abzuführen.

3. Elektrophoreseautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabführeinrichtung eine um die Auftragplatte herum angeordnete Kammeran ordnung, die die Auftragplatte und das Elektrophoresemedium über mindestens einen Teil des Zeitraums umschließt, während dessen elektrischer Elektrophoresestrom durch den Träger fließt,
einen ersten und einen zweiten Schlitz in einer ersten bzw. zweiten Längsseite der Auftragplatte,
eine erste Kanalanordnung, die einen ersten Luftweg zwischen der Umluft und dem ersten Schlitz bildet,
eine zweite Kanalanordnung, die einen zweiten Luftweg zwischen der Umluft und dem zweiten Schlitz bildet,
eine Kühleinrichtung, die der ersten Kanalanordnung gekühlte Luft zuführt, und
eine im zweiten Luftweg liegende erste Einrichtung aufweist, um gekühlte Luft auf dem ersten Luftweg durch den ersten Schlitz, über den Elektrophoreseträger, durch den zweiten Schlitz und auf dem zweiten Luftweg an die Umluft abzuführen, so daß der Träger von der Luft gekühlt wird, die über ihn streicht während mindestens eines Teils des Zeit raums, in dem elektrischer Elektrophoresestrom durch den Träger fließt.

4. Elektrophoreseautomat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung
eine an der ersten Kanalanordnung angebrachte Kühl platte mit Kühlrippen, die in Wärmeflußverbindung mit der Kühlplatte im ersten Luftweg liegen,
ein Peltier-Element, das mit einer Seite an der Kühlplatte befestigt ist, und
eine Einrichtung aufweist, um Strom durch das Peltier- Element in einer solchen Richtung zu schicken, daß die Kühl platte gekühlt wird und so die Kühlrippen die Luft auf dem ersten Luftweg kühlen.

5. Elektrophoreseautomat mit einem Unterteil, einer auf dem Unterteil in Längrichtung angeordneten Auftragplatte und einem Elektrophorese-Träger, der abnehmbar auf der Auftrag platte befestigt ist und eine Längs- und eine Querabmessung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Träger eine elektrisch nichtleitfähige Unterlage mit einem auf diese aufgetragenen Elektrophoresemedium auf weist, das in seiner Oberfläche eine Auftragmulde und
einen ersten und einen zweiten, elektrisch leitfähigen Reservoirstreifen, die an jedem der Längsenden des Trägers querverlaufend angeordnet sind, und
einen dritten und einen vierten, elektrisch leitfähigen Reservoirstreifen enthält, die an den Querenden des Trägers jeweils längsverlaufend angeordnet sind,
wobei das Elektrophoresemedium im wesentlichen gleich mäßig dick ist und eine ebene Oberfläche auf dem Träger bil det, und daß
eine Elektrodenanordnung vorgesehen ist, um während einer Zeitspanne einen zwischen dem ersten und dem zweiten Reservoirstreifen in Längsrichtung durch den Träger fließen den Elektrophoresestrom und während einer anderen Zeitspanne einen zwischen dem zweiten und dem dritten Reservoirstreifen in Querrichtung durch den Träger fließenden Elektrophorese strom aufzubringen.

6. Elektrophoreseautomat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite, dritte und vierte Reservoirstrei fen über die ebene Oberfläche des Trägers hinaus vorstehen.

7. Elektrophoreseautomat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung
einen ersten und einen zweiten Elektrodenpfosten am Träger auf gegenüberliegenden Querseiten des ersten quer verlaufenden Reservoirstreifens und einen dritten und einen vierten Elektrodenpfosten am Träger auf gegenüberliegenden Querseiten des zweiten Reservoirstreifens aufweist, wobei die ersten und die zweiten Elektrodenpfosten am ersten und der dritte und der vierte Elektrodenpfosten an einem zweiten Längsende des Trägers angeordnet sind,
daß ein erster und ein zweiter Elektrodenstab während der einen Zeitspanne abnehmbar quer über den Träger in elek trischem Kontakt mit dem ersten und dem zweiten Reservoir streifen sowie mit dem ersten und dem zweiten bzw. dem drit ten und vierten Elektrodenpfosten sowie während der anderen Zeitspanne abnehmbar in Längsrichtung über den Träger in elektrischem Kontakt mit dem dritten und vierten Reservoir streifen sowie dem ersten und dritten bzw. dem zweiten und vierten Elektrodenpfosten bringbar sind, und daß
Mittel vorgesehen sind, um während der einen Zeit spanne eine Seite einer elektrischen Potentialquelle an den ersten und den zweiten und ihre andere Seite an den dritten und vierten Elektrodenpfosten sowie während der anderen Zeitspanne eine Seite der elektrischen Potentialquelle an den ersten und den dritten und ihre andere Seite an den zweiten und den vierten Elektrodenpfosten zu legen.