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Vorliegende
Erfindung bezieht sich auf mikrobiologische Testanordnungen, die
für den
Gebrauch in automatisierten Analysatoren geeignet sind, welche einen
Träger
zum Transport solcher Anordnungen zwischen verschiedenen funktionellen Stationen
verwenden. Insbesondere liefert die vorliegende Erfindung eine Testanordnung,
die eine versiegelbare Vakuumöffnung
hat, um die Kontrolle über einen
Strom einer flüssigen
Lösung
von einem Behältnis
auf der Anordnung zu einer Anzahl von Mikromulden auf der Anordnung
zu ermöglichen,
und eine Opfermulde, um die Unversehrtheit der Lösung innerhalb der Mikromulden
zu schützen.
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Verschiedene
Typen von Tests, die mit der Patientendiagnose und -therapie verbunden
sind, können
durch die Analyse einer biologischen Probe durchgeführt werden.
Biologische Proben, welche die Mikroorganismen des Patienten enthalten,
werden von Infektionen, Körperflüssigkeiten
oder Abszessen eines Patienten entnommen und typischerweise in Testvorrichtungen
oder -anordnungen platziert, mit verschiedenen Reagenzien kombiniert,
inkubiert und analysiert, um in der Behandlung des Patienten zu
helfen. Automatisierte biochemische Analysatoren wurden entwickelt,
um den Bedürfnissen der
Gesundheitseinrichtungen und anderen Institutionen zu entsprechen,
um die Analyse der Patientenproben zu ermöglichen und um die Genauigkeit
und Zuverlässigkeit
der Assay-Ergebnisse im Vergleich zur Analyse mit manuellen Operationen
zu verbessern. Jedoch hat sich der Bedarf an biochemischem Testen
mit den sich ständig ändernden
Bakteriengattungen und neu entdeckten Antibiotika sowohl in der Komplexität als auch
im Volumen erhöht.
Wegen dieses größeren Bedarfs
in Verbindung mit den Kosten und dem Mangel an Stellplatz innerhalb
der Gesundheitsinstitutionen und des Drucks, klinische Ergebnisse
zu geringeren Kosten zu liefern, wurde es wichtig, verschiedene
Typen von biochemischen Tests gleichzeitig innerhalb eines hochautomatisierten
und kompakten Analysators durchzuführen, welcher mit minimaler
Aufmerksamkeit des Klinikers unter Verwendung kostengünstiger
Verfahren operiert.
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Eine
wichtige Familie von automatisierten mikrobiologischen Analysatoren
funktioniert als ein diagnostisches Werkzeug für die Bestimmung sowohl der
Identität
eines infizierenden Mikroorganismus als auch eines Antibiotikums,
welches in der Wachstumskontrolle des Mikroorganismus effektiv ist.
In der Durchführung
dieser Tests werden Identifizierungs- und in vitro antimikrobielle
Empfindlichkeitsmuster von Mikroorganismen, die aus biologischen
Proben isoliert wurden, ermittelt. Solche Analysatoren haben ausgewählte Biochemikalien
in mehreren kleinen Testmulden für
Proben in Vorrichtungen oder Anordnungen historisch platziert, welche verschiedene
Wachstumsmedien oder antimikrobielle Mittel in seriellen Verdünnungen
enthalten. Die Identifikation (ID) von Mikroorganismen und der minimalen
inhibitorischen Konzentrationen (MIC) eines gegen den Mikroorganismus
wirksamen Antibiotikums werden bestimmt durch Farbveränderungen, Änderungen
der Fluoreszenz oder den Grad der Verdunklung (Trübung) in
den Testmulden für
Proben, welche in den Anordnungen geschaffen wurden. Durch das Prüfen der
erzeugten Signalmuster werden sowohl MIC- als auch ID-Messungen
und die folgende Analyse durch computergesteuerte mikrobiologische
Analysatoren durchgeführt,
um die Vorteile in der Reproduzierbarkeit, der Verkürzung in
der Verfahrenszeit, der Vermeidung von Transcriptionsfehlern und
der Standardisierung für
alle Tests, die in dem Labor laufen, zu liefern.
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Zum
ID-Testen eines Mikroorganismus wird zuerst eine standardisierte
Verdünnung
der Probe mit den Mikroorganismen des Patienten, bekannt als ein
Inokulum, hergestellt, um eine Bakterien- oder Zellsuspension zu
liefern, welche eine vorbestimmte bekannte Konzentration hat. Dieses
Inokulum wird platziert in eine analytische Testanordnung oder -vorrichtung,
welche eine Anzahl von Mikromulden hat, oder alternativ in eine
Küvette-Rotoranordnung,
welche eine Inokulumaufnahmemulde hat, von wo die Probe durch Zentrifugalkraft
zu einer Anzahl von Testmulden oder -kammern in der Peripherie des
Rotors verteilt wird. Die Testmulden enthalten Identifizierungsmedien,
welche aus Substrat und/oder Wachstumsinhibitoren bestehen, welche
nach der Inkubation in Abhängigkeit
von den vorliegenden Mikroorganismenarten Farbveränderungen,
Erhöhungen
in der Trübung
oder Änderungen
in der Fluoreszenz zeigen werden. Zum Beispiel kann eine Bakteriengattung
in einer Testmulde identifiziert werden auf der Basis von pH-Änderungen,
ihrer Fähigkeit, verschiedene
Kohlenstoffverbindungen zu nutzen, oder des Wachstums in der Anwesenheit
antimikrobieller Mittel. Einige Tests erfordern die Zugabe von Reagenzien,
um die Stoffwechselprodukte der Bakterien zu bestimmen, während andere
selbstanzeigend sind. In herkömmlichen
chromogenen Vorrichtungen wird das Inokulum etwa 18–24 Stunden
inkubiert, bevor die Analyse vollständig ist. Alternativ kann die
Mikroorganismus-ID ausgeführt
werden unter Verwendung schneller fluorogener Testanordnungen durch den
Gebrauch wachstumsunabhängiger
Mittel, in welchen ein vorgefertigtes Enzym-Substrat in die Testmulden
platziert wird, und fluorogener Tests, die auf der Bestimmung der
Hydrolyse von fluorogenen Substraten, pH-Änderungen in Folge der Substratumsetzung,
der Produktion von spezifischen Stoffwechselsubstraten und der Produktionsrate
von spezifischen Stoffwechselnebenprodukten basieren, welche nach
einer etwa zweistündigen
Inkubation hergestellt werden. In beiden Fällen können die Typen der Mikroorganismen
identifiziert werden durch Prüfen
der Reaktion von Inokulum und Reagenzien nach der Inkubation und über eine
Zeitspanne oder dem Fehlen davon und dem Vergleichen dieser Reaktion
mit der einer bekannten Art.
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Auch
gut bekannt sind die Verwendung von mikrobiologischen Testanordnungen
und die Verfahren, die in MIC-Tests verwendet werden, welche auch als
Testen der Antibiotikaempfindlichkeit von Mikroorganismen, AST,
bekannt sind. AST-Tests sind in der Hauptsache Empfindlichkeitstests
der Verdünnung von
Brühe,
wobei Mulden verwendet werden, die mit Inokulum und einer Wachstumsbrühe, die
hier als Lösung
der Inokulum-Brühe
bezeichnet wird, und steigenden Konzentrationen einer Anzahl von
verschiedenen Antibiotika oder antimikrobiellen Mitteln gefüllt sind.
Die verschiedenen antimikrobiellen Mittel werden typischerweise
in Mueller-Hinton-Brühe
mit Calcium und Magnesium in chromogenen Vorrichtungen verdünnt oder
in autoklaviertem Wasser mit einer fluorogenen Verbindung in fluorogenen
Vorrichtungen verdünnt.
Die antimikrobiellen Mittel werden in Konzentrationen verdünnt, welche
jene von klinischem Interesse einschließen. Nach der Inkubation wird
die Trübung
oder Fluoreszenz weniger oder nicht existent sein, wo das Wachstum
durch die antimikrobiellen Mittel in jenen Mulden gehemmt worden
ist. Der Analysator vergleicht jede Ablesung der Testmulde mit einem
Schwellenwert. Der Schwellenwert ist eine feststehende, zu einem
bestimmten Prozentsatz an relativer Absorption oder Fluoreszenz
korrespondierende Zahl, welche einem klinisch signifikantem Wachstum
entspricht. Die MIC eines jeden antimikrobiellen Mittels wird entweder
direkt als sichtbares Wachstum oder indirekt als eine Erhöhung in
der Fluoreszenz gemessen.
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Wichtige
Herausforderungen, die in Betrachtung bezogen werden müssen, wenn
kostengünstige,
automatisierte biochemische Analysatoren gestaltet werden, umfassen
das pro Test erforderliche Volumen an Reagenzien und die Kosten
der Einwegtestvorrichtung, -anordnung oder in bestimmten Ausführungen
eines Zentrifugentestrotors. Weil sie klein sind und auch durch
Massenproduktion, Gusstechniken mittels Plastikinjektion, hergestellt
werden können,
ist es vorteilhaft, sehr kleine Testanordnungen zu verwenden, wie
jene von der vorliegenden Erfindung, die eine Anzahl von Mikromulden
zum Durchführen
der AST-Tests haben, um ein automatisches Handling zu ermöglichen
und die Kosten der Einwegtestanordnung zu minimieren. AST-Testanordnungen bestehen
typischerweise aus einer Vielzahl von benachbarten in einer Art
von einer Anordnung ausgerichteten Mikromulden, die als Reaktionsgefäße für die oben
erwähnten
biochemischen Reaktionen dienen, die ein Festphasenmedium und eine
flüssige Phase,
die die zu testende Probe enthält,
involvieren. Ein Aliquote der Probe wird in jede Mikromulde entlang
platziert mit den entsprechenden antibiotischen Reagenzien. AST-Testen
erfordert gewöhnlich,
dass die Testanordnungen bei einer kontrollierten Temperatur für eine Zeitspanne
inkubiert werden, so dass eine beobachtbare Reaktion zwischen Probe
und Reagenz vorkommt; in vorbestimmten Zeitintervallen wird jede
Mikromulde der Testanordnung für
ein Anzeichen von Veränderungen
in Verfärbung,
Trübung oder
Größe geprüft.
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Das
Auffüllen
der Anzahl von Mikromulden mit erforderlichem Inokulum und/oder
Reagenzien stellt verschiedene technische Herausforderungen dar,
welche mit abnehmender Größe der Mikromulden
zunehmend schwieriger werden. Diese Herausforderungen umfassen das
Bereitstellen einer Gleichförmigkeit
der Füllung,
das Erhalten eines Fehlens von Testbeobachtungen behindernden Luftblasen,
das Kontrollieren ungünstiger
Verdunstungseffekte, das Erhalten der Unversehrtheit der Testbeobachtungen
usw. Anstrengungen wurden unternommen, um diesen Herausforderungen
zusammen mit anderen Problemen gerecht zu werden, und diese verwenden
allgemein ein Vakuumverfahren zum Befüllen der Mikromulden innerhalb
einer Testanordnung über
eine zusammenhängende
Anzahl an zwischen den Mikromulden und einem Inokulumbehältnis verbundenen
Kanälen
im Mikrobereich.
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US-Patent
Nr. 5,932,177 liefert eine typischerweise in der biochemischen Analyse
verwendete Testkarte für
Analysen, die eine Anzahl hat von gleichgroßen rechteckig geformten Probemulden und
einen Fluidstrom mit Hilfe einer Vielzahl von Durchgangskanälen, welche
den Fluidstrom von den Proben sowohl entlang der Vorder- als auch
der Rückseite
der Karte leiten. Erhöhte
Blasenfallen sind bereitgestellt, ebenso wie integrale Unterbrechungsschlitze
für das
Abtasten von Position und Ausrichtung der Karte.
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US-Patent
Nr. 5,922,593 offenbart eine mikrobiologische Testvorrichtung, die
mehrere durchscheinende, sich von einer ersten Seite einer planaren
Fläche
ausdehnende Becher und ein Chassis hat, welches mehrere Röhren mit
offenen Enden aufweist, die in dem Chassis ausgebildet sind. Das Chassis
umfasst mehrere aufgerichtete Passagewände auf einer zweiten Seite
der planaren Fläche, die
Durchgänge über den Öffnungen
an den untersten Enden der Röhren
formen. Ein Ende des Durchgangs hat eine Öffnung, damit ein Inokulum
durch den Durchgang fließen
kann. Das Chassis umfasst weiter einen Luftaustauschkanal, welcher
als eine sich von der zweiten Seite der planaren Fläche ausdehnende
Röhre mit
offenen Enden ausgebildet ist.
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US-Patent
Nr. 5,766,553 offenbart eine tiefgezogene Testkarte für Analysen,
die eine Fluideintrittsöffnung
und erste und zweite Endabschnitte und erste und zweite Seitenabschnitte
umfasst.
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Eine
Vielzahl an Wachstums- oder Reaktionsmulden sind in dem Kartengrundkörper zwischen den
ersten und zweiten Endabschnitten und den ersten und zweiten Seitenabschnitten
lokalisiert. Ein Fluidkanalnetzwerk verbindet die Fluideintrittsöffnung mit
den Wachstumsmulden. Um den Materialfluss während des Tiefziehverfahrens
zu verbessern, sind hohle Bereiche in mindestens einem der ersten und
zweiten Endabschnitte oder der ersten und zweiten Seitenabschnitte
angeordnet.
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US-Patent
Nr. 5,746,980 offenbart eine Testkarte für Analysen mit einer Fluideintrittsöffnung und zwischen
ihren gegenüberliegenden
Seiten angeordneten Probemulden. Ein Fluidkanalnetzwerk verbindet
die Fluideintrittsöffnung
mit den Probemulden und eine Blasenfalle ist mit mindestens einer
der Probemulden durch einen in der ersten Seite der Karte gebildeten
Kanal verbunden. Die Blasenfalle ist als sich teilweise durch den
Kartengrundkörper
ausdehnende Vertiefung gestaltet und ist durch Isolierband bedeckt.
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US-Patent
Nr. 5,679,310 offenbart eine Mikrotiterplatte, welche aus einer
im Wesentlichen starren, polymeren Platte gebildet ist, die im Wesentlichen
eine flache Oberseite und eine Anordnung von zylindrischen oder
stumpfkegeligen Mulden aufweist. Der Muldenboden ist entweder fluidundurchlässig oder
-durchlässig.
In Ausgestaltungen mit fluiddurchlässigen Muldenböden ist
unter den Mulden ein Vakuumraum zum Fluidabsaugen aus den Mulden durch
das durchlässige
Material bereitgestellt.
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US-Patent
Nr. 5,609,828 offenbart eine Karte für Analysen mit einer Eintrittsöffnung und
einem ersten mit der Eintrittsöffnung
verbundenen Fluidstromverteilungskanal zur Verteilung einer Fluidprobe
von der Eintrittsöffnung
zu einer ersten Gruppe von Probemulden und einem zweiten Fluidstromverteilungskanal
zur Verteilung einer Fluidprobe von der Eintrittsöffnung zu
einer zweiten Gruppe von Mulden.
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US-Patent
Nr. 4,704,255 offenbart einen Testsatz, welcher eine im Wesentlichen
rechteckige Bodenplatte, eine im Wesentlichen rechteckige Deckplatte
und vier Seitenwände
hat. Die Deckplatte hat eine Vielzahl an Reaktionsmulden auf ihrer
Oberseite. Eine Öffnung
durch die Bodenplatte ermöglicht eine
Druckminderung in dem Abfallbehältnis
im Vergleich zu dem Druck über
den Mulden, um die flüssige
Phase der Reaktion aus der Mulde durch den Filter und in das Abfallbehältnis zu
ziehen.
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Aus
dieser Diskussion kann gesehen werden, dass dort ein Bedürfnis für eine Testanordnung bleibt,
die einfach und billig die oben beschriebenen technischen Herausforderungen
löst. Insbesondere gibt
es ein Bedürfnis
für eine
einfache und billige mikrobiologische Testanordnung, in welcher
all die darin enthaltenen Testmulden einfach und bequem mit einer
mikrobiologischen Probe zum AST-Testen gefüllt werden können ohne
dem Einführen
komplizierter Schritte zum Einfüllen.
Es gibt ein weiteres Bedürfnis
für eine
einfache mikrobiologische Testanordnung, welche an eine Minimierung
ungünstiger
Effekte von Luftblasen innerhalb der Testlösung während dem optischen Testen
angepasst ist. Es gibt noch ein weiteres Bedürfnis für eine einfache mikrobiologische
Testanordnung, in welcher die Unversehrtheit der Testlösung in
einer gefüllten
Mikromulde gegen verschiedene Verdunstungseffekte erhalten werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung erfüllt
die bereits erwähnten
Bedürfnisse
durch Bereitstellen einer mikrobiologischen Testanordnung, die eine
Vielzahl von mit bekannten Mengen verschiedener Antibiotika vorgefüllte Mikromulden
aufweist, welche einfach und bequem mit Probe gefüllt und
für das
AST-Testen verwendet werden können.
Eine besondere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist auf
eine mikrobiologische Testanordnung mit einer allgemein flachen
Unterseite gerichtet, welche eine Vielzahl an nach oben ragender
Mikromulden aufweist, jede Mikromulde hat eine flache obere Decke,
die Mikromulden sind durch einen einfachen Mikrokanal mit einem offenen
Behältnis
verbunden, welcher in einer Oberseite allgemein parallel zu der
Basis der Testanordnung ausgebildet ist. Das den Mikromulden am nächsten gelegene
Ende des Behältnisses
hat eine Öffnung,
um einer flüssigen
Lösung
von Inokulum-Brühe
das Fließen
von dem Behältnis
durch den Mikrokanal zu einer Verdampfungsopfermulde mit einer zur
Kontrolle eines Vakuumeinfüllverfahrens
angepassten Entlüftungsöffnung zu
ermöglichen,
und um nachfolgend in jede der vielen Mikromulden verteilt zu werden.
Die Entlüftungsöffnung bleibt
während
eines Vakuumentleerungsverfahrens offen und wird danach geschlossen.
In einer beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Entlüftungsöffnung eine heißversiegelbare
in einem schmelzbaren Plastikmaterial geformte Öffnung. Die Verdampfungsopfermulde
ist als ein nicht-getestetes Behältnis
bereitgestellt, von welchem die Lösung der Inokulum-Brühe in die Atmosphäre verdunsten
kann, wodurch die Lösung der
Inokulum-Brühe
in den Testmikromulden geschützt
wird. Um während
dem Testen die optische Interferenz zu minimieren, wird die zentrale
Spitze einer jeden Mikromulde mit einem glatten Ende geliefert;
zusätzlich
wird jede Mikromulde mit einem offenen oberen Eckteil gegenüber dem
Strom eintretender flüssiger
Lösung
an Inokulum-Brühe
bereitgestellt, so dass die in der Mikromulde verbleibende Luft
wirkungsvoll zu dem offenen oberen Eckteil gebracht wird und weg
von ihrem zentralen Spitzenteil.
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können am
besten durch Verweis auf die ausführliche Beschreibung der bevorzugten
unten dargelegten Ausgestaltungen verstanden werden, die mit den
Zeichnungen erhalten werden, in welchen:
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1 eine
vereinfachte schematische Aufsicht auf einen automatisierten mikrobiologischen Analysator
ist, in welchem die Testanordnung der vorliegenden Erfindung verwendet
werden kann;
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2 eine
Aufsicht von unten auf die Testanordnung der vorliegenden Erfindung
ist;
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2A eine
vergrößerte Sicht
von unten auf einen Teil der Testanordnung nach 2 ist;
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2B eine
vergrößerte Sicht
von unten auf einen Teil der Testanordnung nach 2 ist;
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3 eine
Aufsicht von oben auf die Testanordnung nach 2 ist;
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3A und 3B Ansichten
von Querschnitten der Testanordnung nach 3 sind;
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4 eine
Seitenansicht der Testanordnung der vorliegenden Erfindung ist;
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5A eine
perspektivische Sicht von oben auf die Testanordnung der vorliegenden
Erfindung ist;
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5B eine
perspektivische Sicht von unten auf die Testanordnung der vorliegenden
Erfindung ist; und
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6 einen
Flüssigkeitseinfüllprozess
illustriert, der die Testanordnung der vorliegenden Erfindung verwendet.
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1 illustriert
schematisch einen multifunktionellen automatisierten mikrobiologischen
Analysator 10, in dem die Mikromuldentestanordnung 12 der vorliegenden
Erfindung für
das Aufnehmen und Lagern von Reagenzien und für das Unterstützen biochemischer
Reaktionen unter Verwendung von zu testenden und analysierenden
Testproben verwendet werden kann.
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Antimikrobielle
minimale inhibitorische Konzentrationen (MIC), die hier auch als
Testen der Antibiotikaempfindlichkeit (AST) identifiziert werden,
werden bestimmt durch das Messen der Farbe, Fluoreszenz oder dem
Grad der Trübung
einer biochemischen Reaktion zwischen Testproben und verschiedenen
antimikrobiellen Mitteln, welche zu Konzentrationen, die jene von
klinischem Interesse einschließen,
verdünnt
worden sind und in den verschiedenen Mikromulden innerhalb der AST-Testanordnung 12 während der
Fabrikation bereitgestellt wurden. Eine AST-Station zum Inkubieren
und optischen Messen 14 kann angepasst werden, um herkömmlichen AST-Tests
durch Verwenden von auf dem Gebiet bekannten Verfahren durchzuführen.
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Eine
AST-Mikromuldentestanordnung 12 kann durch den Analysator 10 transportiert
werden unter Verwendung eines automatischen Transportsystems 16,
welches für
die verschiedenen hier beschriebenen Zwecke ein Eingangsteil 18 und
ein Ausgangsteil 20 hat, die sich an der Vorderseite des Analysators
befinden. Bidirektionale Pfeile geben die Bewegungsrichtung entlang
des Transportsystems 16 an. Das Transportsystem 16 umfasst
drei separate Segmente, die an den Transport der Teströhrchen 22 angepasst
sind, welche in einem Röhrchengestell 24 bereitgestellt
werden und ein Inokulum der aus biologischen Exemplaren isolierten
Mikroorganismen enthalten und eine Bakterienkonzentration innerhalb eines
vorbestimmten operablen Bereiches aufweisen. Das Transportsystem 16 bewegt
jedes Gestell 24 zu dem hintersten Teil des Analysators 10,
wo ein übertragbares
Pipettiersystem 26 Inokulum aufsaugt und eine vorbestimmte
Menge an Inokulum in einen Brühebecher
verteilt, der eine bekannte Lösung
von z. B. Mueller-Hinton-Brühe
enthält.
Auf einer Verteilungsstation für
Inokulum-Brühe 28 wird
diese Lösung
aus Inokulum-Brühe
gemischt, aufgesaugt und in ein hier später beschriebenes Behältnis verteilt, das
innerhalb einer AST-Anordnung 12 enthalten ist.
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Eine
Anzahl an AST-Anordnungen 12 kann getragen werden durch
einen Träger
für AST-Anordnungen 30,
welcher auch durch das Transportsystem 16 entlang dem hintersten
Teil des Analysators 10 zwischen der Verteilungsstation
für Inokulum-Brühe 28,
einer Ladestation für
Träger
von Anordnungen 32, einer Auffüllstation für AST-Anordnungen 34, einer Ladestation
für AST-Anordnungen 36 und
einer Entsorgungsstation für
AST-Anordnungen (nicht gezeigt) transportiert wird. Wenn ein Träger für Anordnungen 30 an
der Ladestation für
Träger
von Anordnungen 32 mit ungetesteten AST-Anordnungen 12 beladen
werden soll, werden die Anordnungen zu dem Träger 30 durch einen
Beschickungsmechanismus (nicht gezeigt) von einem Karussell zur
Speicherung von AST-Anordnungen 38 bewegt, welches eine Anzahl
von ungefüllten
AST-Anordnungen 12 enthält. Nachdem
ein Träger 30 völlig mit
ungefüllten AST-Anordnungen 12 geladen
ist, werden die Träger für Anordnungen 30 zu
der Verteilungsstation für
Inokulum-Brühe 28 transportiert,
wo eine Menge an Lösung
der Inokulum-Brühe
in ein hier später
beschriebenes Lösungsaufnahmebehältnis für Inokulum-Brühe innerhalb
einer jeden einzelnen AST-Anordnung 12 verteilt wird; die
Anordnungen 12 werden nachfolgend zu der Auffüllstation
für Anordnungen 34 transportiert,
wo die Lösung
der Inokulum-Brühe
gleichmäßig an alle
Testmikromulden in den einzelnen Anordnungen 12 unter Verwendung
eines hier später beschriebenen
Vakuummittels verteilt wird.
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In
einem entsprechenden Behälter
wird Brühe
an den Analysator 10 bereitgestellt, so dass, wenn eine
AST-Anordnung 12 mit Lösung
der Inokulum-Brühe
gefüllt
werden soll, eine bekannte Menge an Inokulum unter Verwendung des übertragbaren Pipettiersystems 26 von
einem Probenteströhrchen 22 in
einen Brühebehälter pipettiert, gemischt
und dann von dem Brühebehälter in
das zuvor erwähnte Lösungsaufnahmebehältnis für Inokulum-Brühe 50 der
einzelnen Testanordnungen 12 gesaugt wird.
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Nachdem
eine Anzahl an einzelnen AST-Mikromulden, welche hier später beschrieben
werden und welche innerhalb der AST-Testanordnungen 28 ausgebildet
sind, mit Lösung
der Inokulum-Brühe
beladen sind, werden AST-Anordnungen 12 in Abhängigkeit
von den Testbedingungen mit erhöhten
Temperaturen für
verschiedene Zeitspannen inkubiert, währenddessen eine Anzahl von
Testablesungen durchgeführt
werden. Testablesungen können
erhalten werden durch Verwenden einer beliebigen Anzahl bekannter
Mittel, einschließlich
dem Verwenden optischer Verfahren, in welchen Licht, das einen Interferenzfilter
passiert hat, durch die Spitze der AST-Mikromulden der Anordnung 12 geleitet
wird, indem Linsen oder optische Faserkanäle verwendet werden. Lichtempfindliche
Photodioden oder ähnliches
detektieren die durch jede Mikromulde passierende Lichtmenge und
erzeugen entsprechend dem Trübungsgrad
innerhalb dieser ein elektronisches Signal. Antimikrobielle Mittel
sind in spezifizierten unterschiedlichen Konzentrationen in verschiedenen Mikromulden
der AST-Testanordnungen 12 anwesend.
Die Trübung
wird in Mulden weniger oder nicht existent sein, wo das Wachstum
durch die antimikrobiellen Mittel gehemmt worden ist. Folglich ist
die Lichtintensität,
die durch eine Lichtquelle erzeugt und durch einen Detektor nach
der Transmission durch jede Mikromulde erfasst worden ist, umgekehrt
proportional zu der Bakterienkonzentration in jener Mulde. Alternativ
ist die Intensität
der Fluoreszenz in jeder Mikromulde bei Verwendung eines fluorometrischen
Systems proportional zu der Bakterienkonzentration in jener Mulde.
Zusätzlich
können
ausgewählte
Mikromulden biochemische Substrate enthalten, welche eine Farbänderung
oder Fluoreszenz in der Anwesenheit von bestimmten Bakterien zeigen.
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Eine
colorimetrische oder fluorometrische Messung liefert Information über die
Lösung
in der Mulde. Die optische Information erzeugt ein entsprechendes
elektrisches Signal, welches dann in eine compterkompatible digitale
Form konvertiert und im Computerspeicher abgespeichert wird. Die
digitale Information wird von einer zentralen Recheneinheit (CPU) 40 verwendet,
die Befehle und Kontrollschaltschemen hat, welche zur Kontrolle
aller Aspekte der Apparaturen innerhalb des Analysators 10 programmiert
werden. Nachdem eine Testanordnung 12 optisch analysiert
und die Werte gespeichert worden sind, wird jede Testmuldenlesung
mit einem Schwellenwert verglichen, der einem bestimmten Prozentsatz
an relativer Absorption oder Fluoreszenz entspricht, von welchem
gefunden wurde, einem klinisch signifikantem Wachstum zu entsprechen.
Diese Signale werden dann durch die CPU 40 durch Vergleichen
dieser mit gespeicherten Kontrollwerten verarbeitet, wodurch das
AST-Muster berechnet wird. Auf diesem Weg wird die MIC eines jeden
antimikrobiellen Mittels bestimmt.
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Wie
in der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zu sehen, illustriert
in 2, die eine planare Unterseite 11 einer
AST-Anordnung 12 (siehe 5B) zeigt,
und in 3, die eine unregelmäßige Oberseite 13 der
AST-Anordnung 12 (siehe 5B) zeigt,
welche hier später
beschrieben werden. Jede AST-Anordnung 12 hat eine ausgedehnte
Länge L und
eine Vielzahl an nach oben ragenden Mikromulden 44, die
in der Unterseite 11 als eine lineare Reihe einzelner Mikromulden 44 parallel
zu der Länge
gebildet sind und ist deshalb von allgemein länglicher rechteckiger Gestalt,
welche die Unterseite 11 und die Oberseite 13 auf
gegenüberliegenden
Seiten haben, die gegenüberliegenden
Seiten werden durch eine vertiefte Seitenwand 15 (siehe 5B)
und eine gegenüberliegende
zweite Seitenwand 17 (siehe 5A) getrennt.
Die Anordnung 12 umfasst eine Vielzahl an nach oben ragenden
AST-Mikromulden 44, die in der Unterseite 11 entlang
der ausgedehnten Länge
L (4) der Anordnung 12 angeordnet sind,
um eine einfache lineare Reihe einzelner Mikromulden 44 zu
bilden. Die einzelnen Mikromulden 44 sind verbunden durch
einen einzelnen Mikrokanal 42 zu einer in der Unterseite 11 der
Testanordnung gebildeten Verdampfungsopfermulde 46, die
von einem offenen Teil der Unterseite 11 nach oben ragt
und zwischen der Reihe der Mikromulden 44 und einem hier
später
beschriebenen Behältnis 50 angeordnet ist.
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Die
Verdampfungsmulde 46 ist auch in 4 zu sehen
mit einer unter der Oberseite 13 der Testanordnung gelegenen
geschlossenen kuppelförmigen Oberseite 49 mit
einer versiegelbaren Vakuumöffnung 48,
welche darin als eine Öffnung
in einer kuppelförmigen
Oberseite 49 der Verdampfungsmulde 46 (3,
Bereich A-A) ausgebildet ist.
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Die
Mikromulden 44 haben die allgemeine Gestalt einer geschlossenen
Mulde, die von der Unterseite 11 der Anordnung 12 nach
oben aufragt mit einer Tiefe von etwa drei Viertel der Dicke der
Anordnung 12, wie in der perspektivischen Sicht 5A von
der Oberseite 13 der Anordnung 12 illustriert, und
haben Öffnungen
entlang der Unterseite 11 der Anordnung 12, wie
in der perspektivischen Sicht 5B der
Unterseite 11 der Anordnung 12 illustriert.
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Wie
in 2 zu sehen, ist der Mikrokanal 42 als
eine offene Rille in der Unterseite 11 der Anordnung 12 ausgebildet
und verbindet die Verdampfungsmulde 46 mit einem rechteckig
geformten Lösungsaufnahmebehältnis für Inokulum-Brühe 50,
am besten in 3 zu sehen, das Behältnis 50 hat
eine offene Ober- und eine geschlossene Unterseite, illustriert
durch gestrichelte Linien in 2. Ein Ende
der Unterseite des Behältnisses 50 hat
eine auch durch gestrichelte Linien in 2 illustrierte
Abflussöffnung 52,
um der in die Oberseite des Behältnisses 50 zugeteilten
Lösung
der Inokulum-Brühe
ein Strömen aus
dem Behältnis 50 durch
einen kurzen Mikrokanal 41 zu erlauben, zuerst zu der Verdampfungsopfermulde 46 und
dann durch einen längeren
Mikrokanal 42 sequentiell zu jeder Serie der Mikromulden.
Die offenen Flächenteile
der Mikrokanäle 41 und 42,
der Abflussöffnung 52,
der Verdampfungsopfermulde 46 und der Mikromulden 44 entlang
der Unterseite der Anordnung 12 können durch Versiegeln mit einer Lage
Klebeband (nicht gezeigt) während
eines Fabrikationsverfahrens geschlossen werden, in welchem antimikrobielle
Mittel von klinischem Interesse in die verschiedenen Mikromulden 44 aber
nicht in die Verdampfungsopfermulde 46 platziert werden.
Wahlweise kann eine Mikromulde leer von antimikrobiellen Mitteln
gelassen werden, so dass sie als Referenz verwendet werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wie
in 3 illustriert, welche die Sicht von oben auf eine
AST-Anordnung 12 zeigt, umfasst im Zusammenhang mit 2 genommen jede
AST-Anordnung 12 eine vereinzelte lineare Reihe von acht
einzelnen Mikromulden 44, die durch einen linearen Mikrokanal 42 verbunden
sind, welcher in der Unterseite 11 der AST-Anordnung 12 gebildet ist,
am besten in 2 zu sehen. Der Mikrokanal 42 ist
parallel der Reihe der Mikromulden 44 angeordnet und ist
mit jeder Mikromulde 44 durch ein kurzes Stück Mikrokanal 43 verbunden.
Der Mikrokanal 42 verbindet weiter die Mikromulden 44 mit
der Verdampfungsopfermulde 46, die zwischen einem Ende der
Reihe der Mikromulden 44 und dem Lösungsaufnahmebehältnis für Inokulum-Brühe 50 angeordnet ist.
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Die
Verdampfungsopfermulde 46 kann in der Querschnittsansicht
A-A der 3 gesehen werden, welche in 3A und
in 2B (Aufwärtssicht
von unten) zu sehen ist, die ein Paar gemeinsamer gegenüberliegender
paralleler Endwänden 68 umfasst, welche
durch ein Paar gemeinsamer gegenüberliegender
paralleler Seitenwänden 72 verbunden
sind. Endwände 68 sind
kürzer
als Seitenwände 72 und Endwände 68 und
Seitenwände 72 sind
im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite 11 der Testanordnung 12.
Die Oberseiten der Endwände 68 und
Seitenwände 72 sind
durch eine kegelförmige
Oberseite 49 verbunden, um eine kleine allgemein rechteckige Verdampfungskammer 70 zu
bilden, die durch die Opfermulde 46 eingeschlossen ist.
Ein wichtiges Merkmal der Opfermulde 46 ist die versiegelbare
Vakuumöffnung 48,
die als eine Öffnung
in der kronenförmigen
Oberseite 49 gebildet ist, welche ermöglicht, dass Luft aus der Opfermulde 46 entleert
wird und aus den Mikrokanälen 42 und 43 entleert
wird und aus den Mikromulden 44 während eines Inokulum-Brühe-Auffüllvorganges,
der hier später
beschrieben wird, entleert wird. Die Verdampfungskammer 70 ist
typischerweise zur Aufnahme eine Menge an Lösung der Inokulum-Brühe in dem
Bereich von 0,02 bis 0,04 ml bemessen.
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Querschnitt
B-B in 3B illustriert die Mikromulden 44,
die einen festen unregelmäßigen Oberseitenteil 54 der
Anordnung 12, einen abgerundeten Endwandteil 66 (siehe
auch 2A) der Seitenwand 17, einen flachen
Endwandteil 64 (siehe auch 2A) der
vertieften Seitenwand 15 und zwei parallele Seitenwände 62 haben.
Beide Endwände 66 und 64 sind
im Wesentlichen senkrecht zur Unterseite 11 der Anordnung 12 ausgebildet
und werden durch zwei parallele Seitenwände 62 getrennt. Die unregelmäßige Oberseite,
der flache Endwandteil 64 und der abgerundete Endwandteil 66 wirken
zusammen, um eine kleine AST-Testkammer 58 zu definieren.
Die unregelmäßige Oberseite 54 ist
gestaltet, um ein ausgebuchtetes oberstes Eckteil der AST-Testkammer 58 zu
bilden, welches angepasst wurde, um als Blasefalle 60 für Blasen
zu wirken, die entstehen können
während
eine Lösung
der Inokulum-Brühe durch
den Mikrokanal 42 von dem Behältnis 50 zu allen
Testmikromulden 44 in einer Anordnung 12 verteilt
wird. Es wurde unerwartet gefunden, dass sobald die Mikromulde 44 wie
hier beschrieben geformt ist, dann, falls der Mikrokanal 43 auf
der gegenüberliegenden
Seite der Mikromulde 44 jenseits von der Blasenfalle 60 positioniert
ist, die Blasenfalle 60 wirksam im Fangen der Blasen ist,
wenn die Mikromulde 44 aus einem allgemein hydrophilen
Material wie Styren besteht. Es ist beobachtet worden, dass mit
einem solchen Arrangement, wie die Lösung der Inokulum-Brühe in die
Mikromulde 44 strömt,
jede innerhalb der Mikromulde 44 verbleibende Luft durch
das Ausdehnen der Lösung
der Inokulum-Brühe
gedrängt
wird, ohne irgendwelche eingefangene Lufttaschen in dem kritischen
oberen zentralen Gebiet der Testkammer 58 zu hinterlassen.
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Solch
ein Einfüllen
wird bildlich in 6 illustriert. Dementsprechend
wird die Luft weg von dem zentralen Gebiet der Oberseite 54 entfernt,
durch welches ein Strahl von Abfragestrahlung passieren kann, wie
hier später
beschrieben wird, ohne von der Kammer 58 getrennte Blasenfallen
oder Blasenfallen mit komplexen Ventilmerkmalen zu erfordern.
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Die
AST-Testkammer 58 ist typischerweise zur Aufnahme einer
Menge von Lösung
an Inokulum-Brühe
in dem Bereich von 0,03 bis 0,04 ml bemessen. Wie auch in 2A zu
sehen, hat jede Mikromulde 44 einen allgemein länglich geformten Querschnitt
mit zwei parallelen Seitenwänden 62, dem
allgemein flachen Endwandteil 64 senkrecht zwischen den
Seitenwänden 62 und
der allgemein abgerundeten Vorderwand 66 auch zwischen
den zwei parallelen Seitenwänden 62.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Oberseite 13 und
die Unterseite 11 etwa 0,3–0,4 Zoll (~ 0,76–1,04 cm)
breit, die vertiefte Seitenwand 15 ist etwa 0,2 bis 0,25
Zoll (~ 0,51–0,61
cm) hoch und die verlängerte
Dimension der Testanordnung 12 ist etwa 2,5–3,0 Zoll
(~ 6,35–7,62
cm) lang. In solch einer Ausgestaltung würde der Mikrokanal 42 mit
einer Breite und Tiefe von etwa 0,010 bis 0,020 Zoll (~ 0,03 bis
0,05 cm) bemessen sein.
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Die
Verdampfungsopfermulde 46 wurde entworfen, um zwei wichtige
Zwecke zu erfüllen:
Erstens, Einrichtung einer Verdampfungskammer 70 von welcher
die Opferverdampfung der Lösungen
an Inokulum-Brühe
stattfinden kann, wodurch die Verdampfung der Lösung aus Mikromulden 44 gehemmt
wird. Die Verdampfung von Mikromulden 44 wird gehemmt,
weil sich die Verdampfung anfänglich
von innerhalb des Mikrokanals 53 und dann von der Opferverdampfungskammer 70 ereignen
muss, bevor die Verdampfung von Mikrokanälen 42 und 43 und
Mikromulden 44 geschehen kann. Die Verdampfungskammer 70 stellt
weiter die versiegelbare Vakuumöffnung 48 bereit,
durch welche in den Mikromulden enthaltene Luft entleert werden
kann, so dass während
der Entleerung Luft in den Mikromulden 44 nicht durch die
Brühe in
dem Behältnis 50 sprudelt
und Luftblasen innerhalb der Lösungen
an Inokulum-Brühe
entstehen. Nach der Entleerung wird die versiegelbare Vakuumöffnung 48 nachfolgend
versiegelt, um einen Strom der Lösung
an Inokulum-Brühe
von dem Behältnis 50 in
die Mikromulden 44 zu erzeugen.
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Um
die Mikromulden 44 mit einer zu testenden Lösung an
Inokulum-Brühe
zu füllen,
verteilt ein Pipettiersystem 26 eine vorbestimmte Menge
an Lösung
der Inokulum-Brühe
in ein Behältnis 50 für jede auf
einem Träger
für AST-Anordnungen 30 getragene
AST-Testanordnung
an der Verteilungsstation für Inokulum-Brühe 28.
Wenn alle Behältnisse 50 mit
Lösung
der Inokulum-Brühe
beladen worden sind, bewegt ein Transportsystem 16 den
AST-Träger 30 zu der
Vakuumauffüllstation
für AST-Anordnungen 34, wo
eine muschelschalenähnliche
Vakuumkammer über
dem Träger
für AST-Anordnungen 30 herabgelassen
wird und ein Vakuum an alle darauf getragenen AST-Testanordnungen 12 angelegt
wird. Wenn Vakuum um die Testanordnungen 12 herum angelegt ist,
wird die Luft aus allen AST-Mikromulden 44 durch die versiegelbare
Vakuumöffnung 48 entfernt,
welche in Fluidaustausch mit einzelnen AST-Mikromulden 44 durch
die Mikrokanäle 42 und 43 ist.
Nachfolgend zu diesem Entleerungsverfahren kann eine Wärmequelle,
zum Beispiel ein vorher erhitzter Stab mit heiße-Füße-Teilen oder ein elektrischer
innerhalb der Vakuumkammer gehaltener Widerstandsdraht, mit der
Vakuumöffnung 48 in
Kontakt gebracht und durch elektrischen Strom für eine vorbestimmte Zeit erhitzt werden,
um die Öffnung 48 gegen
den Luftstrom zu versiegeln oder schließen, wenn Vakuum angelegt wird;
sobald die Öffnung 48 versiegelt
wird, ist das Vakuum innerhalb der Vakuumkammer angelegt. Der atmosphärische Druck über der
Lösung
der Inokulum-Brühe
in dem Behältnis 50 bewirkt
ein Strömen der
Lösung
an Inokulum-Brühe
durch die Öffnung 52 in
die Mikrokanäle 41, 42 und 43,
wodurch die Verdampfungsmulde 46 und alle Mikromulden 44 in
jeder der AST-Testanordnungen, die durch den Träger für AST-Anordnungen 30 getragen
werden, gefüllt werden.
Wie die Mikromulden 44 mit Lösung der Inokulum-Brühe gefüllt sind,
wird alle verbliebene innerhalb der Kammer 58 zurückgehaltene
Luft in das kleine ausgebuchtete oberste Eckteil 60 fließen, welches als
Blasenfalle innerhalb der Mikromulde 44 dient.
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Vorzugsweise
wird die AST-Testanordnung 12 aus einem geschmolzenen Plastikmaterial
hergestellt, aber andere Materialtypen können verwendet werden. Am meisten
bevorzugt ist allgemein durchscheinendes Material, das zum Herstellen
der Anordnung 12 verwendet wird, um eine ununterbrochene Transmission
von Licht durch die Mikromulden 44 während dem AST-Testen in dem
mikrobiologischen Analysator 10 zu ermöglichen. Wie in 3 zu
sehen, enthält
die Anordnung 12 weiter einen in der Seitenwand 17 gebildeten
Vorsprung 76, der Vorsprung 76 ist allgemein geformt
als eine sich von dem Körper
der Anordnung 12 ausdehnende Ausbauchung und im obersten
Teil der Seitenwand 17 ausgebildet.
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Der
Vorsprung 76 wird verwendet, um ein Laden und Zurückhalten
einer AST-Anordnung 12 innerhalb
des Trägers
für AST-Anordnungen 30 zu
unterstützen,
und er hat in einer expemplarischen Ausgestaltung Dimensionen von
etwa 0,26–0,30
mm Ausdehnung aus dem Körper
der Anordnung 12 heraus, etwa 3–4 mm Länge entlang der Kante der Anordnung 12 und
etwa 0,6–0,8
mm Tiefe entlang der Seitenwand 17 der Anordnung 12.
Alternativ kann ein stark reibendes Material wie Kieselerde oder
ein inertes Puder auf die Seite der Anordnung 12 anstelle von
dem Vorsprung 76 aufgetragen werden, um eine ähnliche
Funktion zu erreichen.
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AST-Testen
kann bequem erreicht werden durch Richten eines Strahls der Abfragestrahlung von
oberhalb oder unterhalb jeder AST-Anordnung 12 durch das
Mittelbogenteil 56 der Oberseite 54 einer jeden
Mikromulde 44 und Messen des Grades der Absorption oder
der Farbänderung
oder Erzeugung eines fluoreszierenden Signals unter Verwendung eines
colorimetrischen oder fluorometrischen Photodetektors, der unter
oder über
jeder Mikromulde 44 lokalisiert ist. Aus diesem Grund werden
das obere Mittelteil 56 der Oberseite 54 einer
jeden Mikromulde 44 (am besten in 3 zu sehen)
und das untere Mittelteil 57 der Oberseite 54 einer
jeden Mikromulde 44 geschmolzen, um eine Oberflächenglätte zu erhalten,
die SPI Nr. A-1, Güte
Nr. 3 Diamantglanz entspricht oder glatter ist, um die optische
Interferenz während
des AST-Testens
zu minimieren.