-
Technisches
Gebiet
-
Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zur schnellen Durchführung von
Messungen zentrifugierter Materialschicht-Volumina. Das Verfahren
dieser Erfindung ist besonders brauchbar zur Durchführung von
Blutbestandteils-Mengen-Messungen in einer zentrifugierten Probe
von antikoaguliertem Vollblut, während
die Blutprobe zentrifugiert wird.
-
Technischer
Hintergrund
-
Die
Messung der Mengen der Blutzellen in einer zentrifugierten Probe
von antikoaguliertem Vollblut wurde in der wissenschaftlichen Literatur
beschrieben, und ein Verfahren zur einfachen Messung bestimmter
Blutzellen- und anderer Bestandteils-Schichten ist in dem US-Patent
Nr. 4 027 660, das Steven C. Wardlaw et al. am 7. Juni 1977 erteilt wurde,
beschrieben. In dem patentierten Verfahren wird eine Probe von antikoaguliertem
Vollblut in einem Präzisions-Kapillarröhrchen,
das einen Kunststoff-Schwimmer enthält, zentrifugiert. Der Schwimmer
dehnt einige der Zellschichten und die Plättchenschicht linear aus.
-
Bei
der Durchführung
des patentierten Verfahrens wird die Blutprobe etwa 5 min lang bei
etwa 12.000 U/min zentrifugiert, und dann werden die expandierten
Längen
der Zellschicht und der Plättchenschicht
gemessen. Eines der Probleme bei dem patentierten Verfahren betrifft
die Notwendigkeit, dass die Bedienungsperson das Röhrchen aus
der Zentrifuge entfernen und wieder in ein Lesegerät einsetzen muss.
Weil dieser Vorgang innerhalb eines begrenzten Zeitintervalls nach
dem Zentrifugieren durchgeführt
werden muss, erfordert er die Anwesenheit des Technikers ganz in
der Nähe,
was nicht effizient ist und außerdem
den Techniker einer potenziell gefährlichen Probe aussetzt. Dieses
Problem ist besonders insofern bedeutsam, als relativ ungeschulte
Techniker möglicherweise
das Erfordernis der rechtzeitigen Ablesung der Probenröhrchen nicht
erkennen und so zu fehlerhaften Ablesungen kommen können. Ein
anderes Problem, das mit dem Ver fahren des vorgenannten Stands der
Technik auftritt, ergibt sich aus der Tatsache, dass sich das Kapillarröhrchen als
ein Ergebnis des hohen Drucks der Blutprobensäule während des Zentrifugierens der
Blutprobe leicht ausdehnt. Nachdem sich die Zellschichten um den Schwimmer
angeordnet haben, bilden sie in der Bohrung des Röhrchens
einen relativ massiven Pfropfen, und wenn die Zentrifuge langsamer
wird, schnellt die Wandung des Röhrchens
in ihre normale Gestalt zurück
und tendiert so dazu, die Blutzellen-Schichten in dem Röhrchen nach
oben „zu
pumpen". Diese Aktion verursacht
ein Zerreißen
mindestens eines Teils der Zellschichten in manchen Proben und macht
so derartige Zellschichten schwierig oder unmöglich abzulesen.
-
Es
wäre wünschenswert,
in der Lage zu sein, die Blutbestandteils-Schichten zu messen, während sich
das Röhrchen
noch unter Zentrifugenbelastung befindet, so dass die Zellschichten
nicht auseinander gerissen werden, und auch das Ausmaß an Probenröhrchen-Handhabung
und die Möglichkeiten
für Fehler
zu verringern.
-
EP-A-0
864 854 offenbart ein Verfahren und ein System zur schnellen Durchführung von
Messungen zentrifugierter Materialschicht-Volumina, insbesondere
Blutbestandteils-Mengen-Messungen. Das System weist eine kombinierte
Zentrifugen- und Lesegerät-Anordnung,
die eine Zentrifugenplatte, eine Vertiefung zum Halten eines transparenten
Kapillarröhrchens
und einen Motor zum Antreiben der Platte umfasst, auf. Während die
Probe zentrifugiert wird, um die verschiedenen Blutzellen- und anderen
Bestandteile gravimetrisch zu trennen, können die Bestandteils-Schichten
von einem linearen Bildzerleger, der in den mehreren Bestandteils-Schichten
eine unterschiedliche Fluoreszenz nachweisen kann, periodisch vermessen
werden. Die Blutbestandteils-Schichten werden von Lichtblitzen,
die während des
Zentrifugierens auf die Blutprobe gerichtet werden, zum Fluoreszieren
veranlasst. So wird eine quantitative Bestimmung der Blutproben-Bestandteils-Schichten
durchgeführt,
während
die Probe in der Zentrifuge bleibt.
-
EP-A-0
471 295 offenbart ein Immunoassay-Verfahren zur Bestimmung hydrophober
Analyten in einer biologischen Testprobe. Die Probe wird mit einer
Indikatorsubstanz und einem Antikörper, der mit dem Analyten
um Antikörperstellen
konkurriert, versetzt, und dann wird die Probe mit polarisiertem
Licht angeregt. Die genaue Beziehung zwischen der Polarisation und
der Konzentration des Ana lyten wird durch Messung der Polarisationswerte
von Eichsubstanzen mit bekannten Konzentrationen festgestellt, und
die Konzentration des Analyten kann aus einer daraus erstellten
Eichkurve interpoliert werden. Die Fluoreszenzpolarisationsmessung
wird durchgeführt,
nachdem man störende
Proteine durch Ausfällung
und Zentrifugieren entfernt hat, und nachdem man den Analyten und
die Eichsubstanzen aus dem Zentrifugenröhrchen entfernt hat.
-
DE-A-41
16 313 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung
der Elastomechanik von Sedimenten von Suspensionen und Emulsionen, und
kann vorwiegend in der medizinischen Diagnostik und in der biotechnologischen
Verfahrenstechnik angewendet werden. Die Vorrichtung weist eine
regelbare Zentrifuge, eine Durchlicht-Hellfeld-Beleuchtung zum Abbilden
von Küvetten,
die auf einem Rotor der Zentrifuge auf einer hochauflösenden,
linienförmigen
Abbildungseinrichtung angeordnet sind, und ein computerisiertes
Auswertungssystem auf, wobei die Zentrifugenkraft variabel ist und
das Messverfahren durch eine externe Auslösepulssequenz in asynchroner
Weise steuerbar ist. Mindestens eine der auf dem Rotor angeordneten
Küvetten
ist als ein Referenzelement ausgelegt und enthält keine Suspension oder Emulsion.
Das System erlaubt die Bestimmung des Musters der optischen Dichte
entlang der Küvette
als eine Funktion der Zeit. Die optische Dichte wird durch Ermittlung
des Transmissionsgrads bestimmt. Die Bestimmung des Transmissionsgrads
wird so bewirkt, dass das Referenzelement und die Probenküvette innerhalb
einer Zeit von wenigen Millisekunden nacheinander von der Abbildungseinrichtung
detektiert werden und die Bilddaten von einem Computer verarbeitet
werden. Dieses Verfahren wird während des
Zentrifugierens durchgeführt
und beinhaltet die Verwendung eines Referenzelements.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Diese
Erfindung betrifft einerseits das Verfahren nach Anspruch 1 und
das System nach Anspruch 2. Diese Erfindung betrifft eine Anordnung zum
schnellen Bestimmen einzelner Material-Volumina-Messungen während des
Zentrifugierens einer gravimetrisch trennbaren Materialgemisch-Probe
wie einer antikoagulierten Vollblutprobe. Zusätzlich betrifft diese Erfindung
ein Verfahren, das Blutbestandteils-Volumen-Messungen und Blutbestandteils-Mengen
während
des Zentrifugierens bestimmen kann. Das Verfahren dieser Erfindung
verwendet ein kombinier tes Zentrifugen- und Lesegerät, das die
Funktionen sowohl des Zentrifugierens als auch des Lesens durchführt und
so die Durchführung
der in den vorgenannten US-Patenten beschriebenen Materialschicht-Messungen
vereinfacht. Durch Befolgen der Prinzipien dieser Erfindung können weiße Blutkörperchen-
und Plättchen-Schichten
mit einem Minimum an Proben-Handhabung und mit einem minimalen Zerreißen der
gebildeten Schichten in der Blutprobe quantitativ bestimmt werden.
-
Das
Verfahren dieser Erfindung umfasst die Verwendung von: einer Zentrifuge;
einer Anregungslichtquelle hoher Intensität für einen fluoreszierenden Farbstoff;
einem Fotodetektor; und einer Prozessor-Kontrolleinrichtung zum
Kontrollieren des Betriebs der Anordnung. Die Lichtquelle ist bevorzugt eine
gepulste Lichtquelle hoher Intensität, die die Blutprobe in dem
Probenröhrchen
periodisch beleuchtet, wenn die letztere zentrifugiert wird. Die
Beleuchtung der Blutprobe in dem Röhrchen veranlasst eine Fluoreszenz
bestimmter der Blutzellen-Bestandteile sowie eine Beleuchtung der
roten Blutkörperchen-Schicht,
so dass der Fotodetektor zwischen den verschiedenen Zellschichten
in dem Röhrchen, die
während
des Schritts des Zentrifugierens gravimetrisch verdichtet werden,
unterscheiden kann. Die passende Auswahl von Filtern sowohl an der
Lichtquelle als auch an dem Detektor erlaubt, dass das von den fluoreszierenden
Zellschichten ausgehende Fluoreszenzlicht nachgewiesen und gemessen
werden kann, und erlaubt auch, dass das von den Materialschichten
in der Probe reflektierte Licht nachgewiesen und gemessen werden
kann. Das Pulsen der Lichtquelle wird mit der Umdrehungsposition
des Röhrchens
während
des Zentrifugierens synchronisiert, so dass das Röhrchen kurzzeitig
beleuchtet wird, wenn es an dem Fotodetektor vorbeizieht. Das optische
System und die Filter, die bei der Durchführung des Verfahrens dieser
Erfindung verwendet werden, sind im Wesentlichen denjenigen ähnlich, die
in dem US-Patent Nr. 4 558 947, das S. C. Wardlaw am 17. Dezember
1985 erteilt wurde, beschrieben sind.
-
Die
Lichtquelle zur Beleuchtung des Röhrchens zur Anregung der Fluoreszenz
muss eine ausreichende Emission in der Anregungsbande (etwa 420
bis 480 nm) haben, um für
eine angemessene Emissionsenergie von dem Probenröhrchen,
wenn sie von einem berührungslosen
Bildzerleger mit Filter, wie einer CCD-Anordnung, empfangen wird,
zu sorgen. Außerdem
muss die Energie in der Zeitspanne zugeführt werden, wenn sich das abzubildende Röhrchen innerhalb
des Fokussierungsbereichs des Detektors, der typischerweise etwa
50 ms oder etwa 50 μs
beträgt,
befindet. Diese Erfordernisse werden am besten von einer Xenon-Blitzröhre mit
einer zugehörigen
Fokussierungseinrichtung, anstatt eines Diffusors, erfüllt, wobei
die Blitzröhre
von einer Stromversorgung betrieben wird, die in der Lage ist, kurze Impulse
bei den benötigten
Energieniveaus zuzuführen,
und wobei die Lichtblitze präzise
auf die Position des Röhrchens
relativ zu dem Detektor abgestimmt werden, wenn die Blitzröhre ausgelöst wird.
-
Die
Prozessor-Kontrolleinrichtung kontrolliert den Betrieb der Anordnung
insofern, als sie auf Befehl: das Zentrifugieren einleitet; die
U/min der Zentrifuge überwacht;
die Dauer des Zentrifugierens zeitlich regelt; die Lichtpulse mit
der laufenden Zentrifugen-U/min synchronisiert; den Betrieb des
Fotodetektors kontrolliert; Bestandteilsschicht-Messwerte aufnimmt
und speichert; die Bestandteilsschicht-Verdichtung und die sich ergebenden
Bestandteils-Mengen oder -Werte berechnet; und die Zentrifuge abschaltet.
Die Bedienungsperson braucht daher nur das Blutprobenröhrchen in
der Zentrifuge anzubringen und den Betrieb der Anordnung einzuleiten.
Zur Annehmlichkeit und Sicherheit der Bedienungsperson kann das
Blutprobenröhrchen
in einer speziellen Kassette des allgemeinen Typs, der in dem am
7. Juli 1998 erteilten US-Patent Nr. 5 776 078 beschrieben ist,
enthalten sein.
-
Diese
Erfindung beinhaltet auch die Verwendung einer Zentrifugenkomponente,
die betriebswirksam ist, das Pulsen einer Lichtquelle unabhängig von der
Rotationsgeschwindigkeit der Zentrifuge zu synchronisieren. Die
Einbeziehung einer derartigen Synchronisierungskomponente in die
Zentrifuge berücksichtigt
den Zentrifugenverschleiß,
schaltet die Notwendigkeit aus, die Puls-Synchronisierung der Anordnung
einzustellen oder anzupassen, und erlaubt auch, dass die Zentrifuge
absichtlich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben wird.
-
Es
ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zum Erhalten
von Information aus einem Materialgemisch bereitzustellen, das das
Ablesen von Materialschicht-Dicken nach einer festgelegten Zentrifugierungsdauer
erlaubt, während
die Probe noch in der Zentrifuge ist und sich die Zentrifuge noch
dreht.
-
Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren der beschriebenen
Art bereitzustellen, bei dem das Materialgemisch eine Probe von
antikoaguliertem Vollblut ist.
-
Es
ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren der beschriebenen
Art bereitzustellen, bei dem die endgültige Dicke einer Mehrzahl
von Materialschichten in der Probe, die zentrifugiert wird, von
Schichtdicken-Messungen, die während
des Zentrifugierens gemacht werden, abgeleitet werden kann.
-
Diese
und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
genauen Beschreibung der Erfindung deutlicher, wenn sie in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, in denen:
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 eine
schematische perspektivische Ansicht einer Blutproben-Messanordnung,
die zur Durchführung
des Verfahrens dieser Erfindung verwendet wurde, ist; und
-
2 eine
perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Zentrifugenplatte und
eines Antriebsmechanismus, die zur Verwendung in Verbindung mit
dieser Erfindung konstruiert sind, ist;
-
3 eine
fragmentarische perspektivische Ansicht eines Röhrchen-Halters und eines Röhrchen-Rotationsmechanismus,
die bei der Durchführung
des Verfahrens dieser Erfindung verwendet werden, ist;
-
4 eine
Schnittansicht des Röhrchen-Rotationsmechanismus,
der bei der Durchführung
des Verfahrens dieser Erfindung verwendet wird, ist; und
-
5 eine
Draufsicht auf die Zentrifugenplatte, die eine Lichtpuls-Synchronisierungskomponente
der Plattenanordnung zeigt, ist.
-
Genaues Beispiel zur Ausführung der
Erfindung
-
Es
wird nun auf 1 Bezug genommen, worin eine
schematische Ansicht einer kombinierten Zentrifugen- und Lesegerät-Anordnung
gezeigt ist, die allgemein mit der Ziffer 1 bezeichnet
ist. Die Anordnung 1 umfasst eine Zentrifugenplatte 3,
die eine Aussparung 5 zum Halten eines transparenten Kapillarröhrchens 9 umfasst.
Das Röhrchen 9 kann
direkt in der Aussparung 5 angebracht werden, oder das Kapillarröhrchen 9 kann
in einer Kassette (nicht gezeigt) des Typs, der in dem US-Patent
Nr. 5 776 078 offenbart ist, gehalten werden. Jedenfalls muss mindestens
eine Oberfläche
des Röhrchens 9 zum Zweck
des Sammelns der gewünschten
optischen Information von den Röhrcheninhalten
optisch sichtbar gemacht werden. Die Zentrifugenplatte 3 wird von
einem Motor 13, der durch eine Ausgabeleitung 21 von
einer Anordnungs-Kontrolleinrichtung 17 geregelt wird,
rotierend angetrieben. Die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 13 wird
von der Kontrolleinrichtung 17 über die Leitung 19 überwacht,
was es der Kontrolleinrichtung 17 erlaubt, die Geschwindigkeit
des Motors 13 und daher der Zentrifugenplatte 3 zu
regulieren. Wenn die Zentrifugenplatte 3 ihre vorbestimmte
Betriebsgeschwindigkeit erreicht, die zwischen etwa 8.000 und etwa
12.000 U/min liegen kann, hängt
die Tätigkeit
der Kontrolleinrichtung 17 von der Art der erforderlichen
Analyse ab. Wenn die Materialschicht-Verdichtung nach einer festgelegten Zentrifugierungsdauer
abgelesen wird, versorgt die Kontrolleinrichtung 17 den
Motor 13 für
eine gewünschte
festgelegte Zeitdauer mit Energie, und der Schichtverdichtungs-Anzeigewert
wird danach genommen, während
die Zentrifuge weiter rotiert. Wenn die Platte 3 rotiert,
zieht eine Hinweisvorrichtung 15 an der Seite der Platte 3 an
einem Sensor 23, der durch die Leitung 20 ein
Signal an eine programmierbare Verzögerungseinrichtung 22 sendet,
vorbei und wechselwirkt mit ihm. Die Hinweisvorrichtung 15 kann
ein Permanentmagnet sein, und der Sensor 23 kann ein Hall-Effekt-Sensor
sein. Alternativ könnte die
Hinweisvorrichtung 15 ein reflektierendes Element am Rand
der Platte 3 sein, und der Sensor 23 könnte ein
Infrarot-Strahler-Empfänger-Paar
sein. Noch eine andere alternative Sensorvorrichtung könnte einen
Sensor in dem Antriebsmotor 13 aufweisen, vorausgesetzt,
dass die Platte 3 starr an der Welle des Antriebsmotors 13 befestigt
wäre.
-
Nach
dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit nach dem Empfang eines
Signals von dem Nähen-Sensor 23 durch
die Kontrolleinrichtung 17 löst eine Blitzröhren-Betätigungseinrichtung 24 eine
Blitzröhre 26 aus,
die einen kurzen Puls von Licht hoher Intensität aussendet, wobei der Puls
bevorzugt weniger als etwa 50 μs
dauert. Eine Filter- und Linsen-Anordnung 28 fokussiert
das Licht der gewünschten Wellenlänge, bevorzugt
zwischen 420 und 480 nm, von der Blitzröhre 26 auf das Röhrchen 9.
Wenn die Blitzröhre 26 unterhalb
der Platte 3 positioniert ist, enthält die letztere eine Öffnung 3' zwischen dem Probenröhrchen 9 und
der Blitzröhre 26 und
der Filter- und Linsen-Anordnung 26. Wegen der Tatsache, dass
die genaue Rotationsgeschwindigkeit der Platte 3 durch
die Kontrolleinrichtung 17 über die Leitung 19 überwacht
wird, und da der Umfangsabstand zwischen der Position der Hinweisvorrichtung 15 und
der Position des Röhrchens 9 festgelegt
ist, kann die erforderliche Zeitverzögerung zum rechtzeitigen Versorgen
der Blitzröhre 26 mit
Energie von der Kontrolleinrichtung 17 bestimmt und durch
den Datenübertragungsweg 30 ausgedrückt werden,
um den Betrieb der Blitzröhren-Betätigungseinrichtung 24 zu kontrollieren.
Die Blitzröhre 26 ist
eine Lichtquelle hoher Intensität
und kann beispielsweise eine Xenon- oder Argon-Lichtquelle sein.
-
Wenn
das Röhrchen 9 von
der Blitzröhre 26 beleuchtet
wird, wird das von den Zellschichten reflektierte Licht oder Licht
von der Fluoreszenz der Zellschichten von einer Linsenanordnung 32 durch einen
Licht-Filtersatz 34 auf einen linearen Bildzerleger 36,
der bevorzugt ein ladungsgekoppelter Speicher (CCD – chargecoupled
device) mit mindestens 256 Elementen und bevorzugt 5.000 Elementen,
um eine optimale optische Auflösung
zu erreichen, ist, fokussiert. Licht einer passenden Wellenlänge kann von
einer Verstellvorrichtung 38, wie einem Magnet- oder Schrittmotor,
ausgewählt
werden, die von der Kontrolleinrichtung 17 über die
Leitung 40 kontrolliert wird, wodurch die Verstellvorrichtung 38,
abhängig von
der von der Kontrolleinrichtung 17 ausgewählten Lichtwellenlänge, den
passenden Filter aus dem Filtersatz 34 bereitstellen kann.
Alternativ könnten
elektrisch variable Filter verwendet werden, um die passenden Lichtwellenlängen bereitzustellen,
oder es könnten
CCDs mit mehreren Sensoren, jeder mit seinem eigenen besonderen
Filter, verwendet werden. Geeignete elektrisch variable Filter können von
Cambridge Research and Instrumentation, Inc. of Cambridge, MA.,
erhalten werden. Geeignete CCDs sind erhältlich von Sony, Hitachi und
anderen, und sind übliche
Gerätekomponenten.
Beim Analysieren der fluoreszierenden Zellschichten wird Licht aus
zwei verschiedenen fluoreszierenden Lichtwellenlängen gesammelt, ein grüner Datensatz
im Wellenlängenbereich
von etwa 530 bis 560 nm; und ein roter Datensatz im Wellenlängenbereich
von etwa 620 bis etwa 680 nm. Die gefilterten Abbilder werden auf dem
Bildzerleger 36, dessen Ausgabe ver wendet wird, um die
Größe und den
Gehalt der Zell-Subpopulationsbanden zu berechnen, abgebildet.
-
Unmittelbar
vor dem Empfang des Lichtblitzes von der Blitzröhre 26 wird von der
Kontrolleinrichtung 17 über
die Leitung 42 der elektronische Verschluss in dem CCD 36 geöffnet. Sofort
nach dem Blitz werden die Daten aus dem CCD 36 in einen Analog/Digital-Umsetzer 44,
der die Analogsignale aus jeder der CCD-Zellen in ein digitales
Signal umwandelt, eingelesen. Die digitalisierten Daten werden dann
durch einen Datenübertragungsweg 46 zu
der Kontrolleinrichtung 17 übertragen, so dass die Daten sofort
analysiert oder zur weiteren Untersuchung in der Kontrolleinrichtung 17 gespeichert
werden können.
-
Es
wird nun auf 2 Bezug genommen, worin eine
bevorzugte Ausführungsform
einer Zentrifugenplatten-Anordnung 3 gezeigt ist, die für eine Verwendung
ausgelegt ist, wenn die Blitzlichtquelle 26 und der Analog/Digital-Umsetzer 44,
die in 1 gezeigt sind, über oder unter der Platte 3 positioniert sind.
Die Platte 3 ist im Wesentlichen schalenförmig und
weist einen äußeren Randreifen 50 und
einen Plattenboden 52 auf. Eine zentrale Nabe 54 ist
an dem Plattenboden 52 befestigt, und die Nabe 54 wird von
einer Abdeckung 56 verschlossen. In der Nabe 54 ist
ein Paar diametral entgegengesetzer Fenster 58 ausgebildet.
Das Probenröhrchen 9 wird
auf der Platte 3 montiert. Ein Ende des Röhrchens 9 wird
in eine Öffnung
in der Nabe 54 eingesetzt, und das andere Ende des Röhrchens 9 wird
in einen Schlitz 60, der in einem Block 62 ausgebildet
ist, der an dem Platten-Randreifen 50 montiert ist, abgesenkt.
Der Plattenboden 52 ist mit einer Öffnung (nicht gezeigt) ausgestattet,
die mit einer transparenten Platte 64 abgedeckt ist. Ein
Gegengewicht 66 ist der Platte 64 diametral entgegengesetzt
angeordnet, um die Platte 3 dynamisch auszubalancieren.
Die Platte 64 erlaubt es, dass die Platte 3 mit
Lichtquellen und Detektoren benutzt wird, die entweder oberhalb
oder unterhalb des Plattenbodens 52 angebracht sind. Sie
erlauben auch, dass die Anordnung 1 entweder reflektiertes Licht,
Fluoreszenzemission oder Durchlicht in Verbindung mit der Probe
verwendet, um die gewünschten Ergebnisse
zu erzielen. Das in den 1 und 2 gezeigte
spezielle Beispiel verwendet ein einziges Röhrchen; von der Anordnung 1 können jedoch
auch mehrere Röhrchen
analysiert werden, indem man ein Probenröhrchen in einer diametral entgegengesetzten
Position auf der Platte 3 montiert, und indem man die zeitliche
Abstimmung von der Hinweisvorrichtung zum Blitz so verändert, dass
Anzeigewerte für jedes getrennte
Röhrchen
bereitgestellt werden. Die Antriebswelle des vorher beschriebenen
Zentrifugenmotors 13 wird durch die Ziffer 13' bezeichnet.
-
Die 3 und 4 liefern
Details hinsichtlich der Art, wie die Motor-Antriebswelle 13' mit der Platte 3 verbunden
ist; und auch Details hinsichtlich der Art, wie das Probenröhrchen 9 mit
der Plattennabe 54 verbunden ist. Die Motor-Antriebswelle 13' ist an einer
Antriebsscheibe 68, die im Inneren der Nabe 54 angeordnet
ist, befestigt. An der Scheibe 68 sind ein Paar Antriebsstifte 70 befestigt,
wobei die Antriebsstifte 70 durch die Nabenfenster 58 vorspringen.
Die Antriebsstifte 70 schaffen den einzigen Antriebskontakt
zwischen der Motor-Antriebswelle 13' und der Platte 3. Die
Drehung der Scheibe 68 durch die Motor-Antriebswelle 13' veranlasst
die Stifte 70, mit den Seiten der Nabenfenster 58 in
Eingriff zu kommen, wodurch sie die Nabe 54 und die Platte 3 veranlassen,
sich mit der Scheibe 68 zu drehen. Eine Stange 72 ist
drehbar in der Nabe 54 montiert. Die Stange 72 weist
an einem ihrer Enden eine Manschette 74 auf, wobei die
Manschette 74 ein Ende des Probenröhrchens 9 aufnimmt.
In der Manschette 74 befindet sich ein elastischer O-Ring
(nicht gezeigt), der das Ende des Röhrchens 9 greift.
Ein gezahntes Sperrrad 76 ist an der Stange 72 montiert und
wirkt dahingehend, eine schrittweise selektive Drehung der Manschette 74 und
des Probenröhrchens 9 in
der folgenden Weise zu veranlassen. Eine Feder-vorgespannte, in
das Sperrrad eingreifende Sperrklinke 78 ist an der Scheibe 68 montiert,
und eine in das Sperrrad eingreifende Blattfeder 80 ist
an der Nabenabdeckung 56 montiert. Wenn die Zentrifugenmotor-Antriebswelle 13' durch den Motor 13 mit Energie
versorgt wird, bewegt die Drehung der Scheibe 68 die Sperrklinke 78 in
Eingriff mit einem der Zähne
auf dem Sperrrad 76, und die Blattfeder 80 bewegt
sich nach unten in Eingriff mit einem diametral entgegengesetzten
Zahn an dem Sperrrad 76, wie in 4 gezeigt.
Um das Sperrrad 76 und das Probenröhrchen 9 selektiv
zu drehen, wird die Energie zu dem Zentrifugenmotor 13 periodisch
unterbrochen, um die Drehung der Antriebswelle 13' zeitweilig
zu verlangsamen. Die Wucht der Platte 3 veranlasst sie
und ihre Nabe 54, sich zeitweilig mit einer schnelleren
Geschwindigkeit als die Scheibe 68 zu drehen, so dass die
Sperrklinke 78 außer
Eingriff mit dem Sperrrad 76 kommt und die Antriebsstifte 70 außer Eingriff
mit der Plattennabe 54 kommen. Während dieser zeitweiligen Eingriffsfreiheit
kommt die Sperrklinke 78 außer Eingriff mit dem Sperrrad-Zahn, und
bewegt sich zu einer Position, wo sie in Eingriff mit dem nächsten benachbarten
Sperrrad-Zahn kommt. Der Motor 13 wird dann wieder bis
zur vollen Geschwindigkeit mit Energie versorgt, was die Antriebsstifte 70 veranlasst,
erneut mit der Nabe 54 in Eingriff zu kommen, und was die
Sperrklinke 78 veranlasst, dem Sperrrad 76 und
dem Probenröhrchen 9 einen
Drehungsschritt im Uhrzeigersinn zu verleihen. Wenn die Sperrklinke 78 so
den nächsten
benachbarten Sperrrad-Zahn antreibt, veranlasst die Drehung des
Sperrrads 76 die Feder 80, mit einem diametral
entgegengesetzten nächsten
benachbarten Zahn an dem Sperrrad 76 in Eingriff zu kommen, wodurch
sie das Sperrrad 76 und das Probenröhrchen 9 in der neuen
Umdrehungsposition stabilisiert. Die schrittweise Drehung des Probenröhrchens 9 erlaubt
es so dem Bildzerleger 36, die gesamte Umfangsoberfläche der
Probe in dem Röhrchen 9 zu „sehen", wenn letzteres
zentrifugiert wird. Umfangsveränderungen
in der Position der sich abwärts
bewegenden Probenkomponenten-Grenzflächen 8 werden so von
dem System berücksichtigt.
Der vorgenannte Sperrklinken- und Sperrrad-Röhrchen-Rotationsmechanismus
ist die Erfindung von Michael R. Walters von Becton Dickinson and
Company, und er wird in dieser Anmeldung zum Zweck der Erfüllung der „Beste-Ausführungsform"-Erfordernisse des
Patentgesetzes beschrieben.
-
5 ist
eine Draufsicht auf die Zentrifugenplatte 1, die das Probenröhrchen 9 und
eine nachweisbare Ziel-Referenzvorrichtung 25, die auf
der Platte 1 angeordnet und um einen genau bekannten Winkel ⌀ gegenüber dem
Röhrchen 9 winkelförmig versetzt
ist, zeigt. Die Vorrichtung 25 ist bevorzugt aus einem
Material wie einem fluoreszierenden Kunststofffilm, der in einer
Weise, die derjenigen des Röhrchens 9 ähnlich ist,
fluoresziert oder Licht reflektiert, hergestellt. Die Vorrichtung 25 hat
bevorzugt eine Mehrzahl von Linien oder Bändern 27, die zu der Achse
der Vorrichtung 25 senkrecht sind. Die Vorrichtung 25 ist
aus einem stabilen fluoreszierenden oder reflektierend-fluoreszierenden
Kunststofffilm-Material hergestellt, so dass die Energie, die von
der Vorrichtung 25 ausgestrahlt wird, zur Kalibrierung
des optischen Systems des Geräts
verwendet werden kann.
-
Es
ist wohlbekannt, dass quantitative Messungen der Fluoreszenzenergie
insofern schwierig sind, als die gemessene Energie von der Intensität der Anregungsquelle,
der Temperatur der Probe und der Ansprechempfindlichkeit des Nachweissystems abhängt, die
alle aufgrund einer Anzahl von Faktoren variieren können. Es
ist zwar sehr schwierig, irgendeine Art von Langzeit-Kalibrierung
bereitzustellen, aber es ist zweckmäßig, periodisch die Energieniveau-Antwort
von einem Ziel wie der Referenzvorrichtung 25, deren Antwort
zeitlich stabil ist, mit der Ener gieniveau-Antwort von der Probe 9,
deren Antwort zeitlich nicht stabil sein mag, zu vergleichen. Wenn
die Energieniveau-Antwort von der Probe 9 dem Gerät niedrig
zu sein scheint, kann ein Vergleich aufeinander folgender Energieniveau-Antworten der Probe 9 und
der Referenzvorrichtung 25 durchgeführt werden. Der Vergleich der
Energieniveau-Antworten kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob
die Energieniveau-Antwort der Probe 9 wegen einer charakteristischen
Eigenschaft der Probe 9 oder wegen eines Systemfehlers
in dem Fluoreszenzantwort-Messsystem des Geräts niedrig ist. Wenn der letztere
Fall fehlerhafter Signalniveau-Messungen festgestellt wird, dann
wird das Signalniveau-Messsystem des Geräts auf der Basis der bekannten
Signalniveau-Messungen, die von der Referenzvorrichtung 25 erhalten
wurden, erneut kalibriert.
-
Außerdem kann
die Länge
der Bänder 27 in der
Referenzvorrichtung 25 durch das Bildgebungssystem in dem
Gerät erfühlt werden,
und da die Länge
der Bänder 27 präzise dargestellt
werden kann, können
sie zur räumlichen
Kalibrierung des gesamten Bildgebungssystems verwendet werden. Ein
optischer Fehler, der auftreten könnte, ist beispielsweise, dass
das Abbildungslinsen- und Filter-System ein Bild auf den Zerleger 36 werfen
kann, das nicht linear ist. So können
räumliche
Punkte mit gleichem Abstand in der Mitte des Bildes nicht dieselbe
Zerlegerfläche
bedecken wie jene Punkte am Rand des Bildes. Dieses Phänomen trifft
man in der Fotografie an, wo es als „Nadelkissen-" oder „Fass-"Effekt bezeichnet
wird, und es verhindert genaue räumliche
Messungen, wenn es nicht behoben wird. Wenn die Bänder 27 mit
gleichem Abstand über
die gesamte Bildlänge
von dem Zerleger 36 kartiert werden, dann kann jegliche
Verzeichnung nachgewiesen und in den abschließenden Berechnungen ausgeglichen werden.
-
In
Gebrauch wird die Zentrifugenplatte 1 in der durch den
Pfeil A angegebenen Richtung gedreht, bis sie die Betriebsgeschwindigkeit
erreicht. Das Pulsen der Blitzröhre 26 wird
von dem Mikroprozessor 17 angepasst, bis von dem Bildzerleger 36 ein deutliches
Bild der Zielvorrichtung 25 erhalten wird. In der Praxis
wird die Geschwindigkeit der Zentrifuge zuerst unter Verwendung
der von dem Sensor 23 gegebenen Pulse zur zeitlichen Abstimmung
berechnet. Aus diesen Daten wird eine angenommene Verzögerungszeit
von dem Sensorpuls bis zu dem Auslösen des Blitzes entweder auf
der Basis vorher erhaltener Zeiten oder einer Zeit, die in dem Gerät vorprogrammiert
wird, wenn das Gerät
zusammengebaut wird, berechnet. Dann wird eine Reihe von Bildern
der Zielvorrichtung 25 zu der „Start zeit" und zu anderen Startzeiten, die sowohl
länger
als auch kürzer
sind, gemacht. Die Blitz-Zeitverzögerung, die die beste Antwort
von der Vorrichtung 25 ergibt, wird dann ausgewählt und
in die Betriebs-Software des Systems eingefügt.
-
An
diesem Punkt kann insofern, als sowohl die Plattengeschwindigkeit
als auch der Winkel ⌀ zwischen
der Zielvorrichtung 25 und dem Röhrchen 9 bekannt sind,
die Zeitverzögerung
zwischen der Vorrichtung 25 und dem Zerleger 36 berechnet
werden, und der berechnete Zeitverzögerungswert wird zu der Zeitverzögerung von
dem Zeitabstimmungs-Pulsgeber zu dem Detektor 25 hinzu
gezählt, um
eine Gesamtzeitverzögerung
zu gewinnen, die in die Verzögerungseinrichtung 22 zum
Pulsen der Blitzröhre 26 einzuprogrammieren
ist, damit das Probenröhrchen 9 präzise beleuchtet
wird.
-
Es
wird anerkannt werden, dass das vorgenannte System und Betriebsverfahren
ausreichen, um bei jeder beliebigen Zentrifugenplatten-Rotationsgeschwindigkeit
die Blitzröhren-Beleuchtungspulse
mit dem Vorbeiziehen des Probenröhrchens
an der Blitzröhre
zu synchronisieren. Das vorgenannte Verfahren hat unabhängig von
der Alterung der Zentrifugenkomponenten, der System- oder Proben-Betriebstemperaturen
oder ähnlicher
Veränderungen der
Betriebsbedingungen Anwendbarkeit.
-
Da
viele Veränderungen
und Variationen der offenbarten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt werden
können,
ohne von dem erfinderischen Konzept abzuweichen, ist nicht beabsichtigt,
die Erfindung in anderer Weise zu beschränken, als es durch die angefügten Ansprüche erforderlich
ist.