DE60223704T2 - Vorrichtung zur extraktion von nukleinsäuren - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Extraktion von DNA (Desoxyribonukleinsäure) aus verschiedenen Proben wie beispielsweise Faeces, Klärschlamm und dergleichen.
  • Technischer Hintergrund
  • Seit einiger Zeit ermöglicht der Einsatz eines spezifischen PCR-Primers den/die schnelle(n) und präzise(n) Nachweis/Bestimmung von Bakterien in vergleichsweise einfacher und praktischer Weise.
  • Um Proben in Form menschlicher Faeces, Exkremente, Klärschlamm und dergleichen mittels des oben erwähnten PCR-Primers (PCR = Polymerase Chain Reaction) zu analysieren (PCR-Verfahren), muss man DNA extrahieren, die für PCR in einfacher Weise aus den Proben bereitzustellen ist.
  • Nach den Methoden des Standes der Technik ist es allerdings gängige Praxis, die Extraktion einer solchen Nukleinsäure manuell durchzuführen. Um eine Analyse mittels des PCR-Primers bei Proben wie beispielsweise menschlichen Faeces, Exkrementen, Klärschlamm und dergleichen durchzuführen, wird üblicherweise gefordert, den Extraktionsschritt einer Nukleinsäure aus den Proben zu automatisieren und den automatisierten Extraktionsschritt schnell und präzise durchzuführen; dennoch ist die Entwicklung einer solchen automatischen Vorrichtung und eines automatisierten Verfahrens noch nicht zustande gebracht worden.
  • Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehenden Probleme der Methoden des Standes der Technik vorgeschlagen worden. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine automatisierte Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren bereitzustellen, die eine Nukleinsäure aus einer Probe, aus der man üblicherweise die Extraktion einer Nukleinsäure als schwierig erachtet hat, wie beispielsweise Faeces und Klärschlamm, extrahiert und somit eine Analyse mittels des PCR-Verfahrens ermöglicht.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren umfasst: einen Rüttler; einen Zentrifugalabscheider; einen Spender für große Kügelchen und einen weiteren Spender für kleine Kügelchen zur Zuführung verschiedener Partikelarten (z. B. Kügelchen) mit unterschiedlichen Partikeldurchmessern; eine Flüssigchemikalien-Dosiervorrichtung zur Einspeisung einer flüssigen Chemikalie; einen Arm (der, Fall-abhängig, mehrere Arme oder einen einzelnen Arm umfassen kann) für den Transport einer Probe oder eines Röhrchens, welches die Probe (z. B. Faeces, Klärschlamm oder dergleichen) enthält; und ein Kontrollmittel, wobei das Kontrollmittel so konstruiert ist, dass es einen Kontrollvorgang für das Rütteln des Röhrchens, welches mit Teilchen mit jeweils einem großen Teilchendurchmesser und der Probe be füllt ist, das Einbringen des Röhrchens in den Zentrifugalabscheider zur Abtrennung eines eine Nukleinsäure (DNA) enthaltenden Materials (z. B. einen Pilzkörper) aus der Probe, das Rütteln des Röhrchens, welches das die Nukleinsäure enthaltende abgetrennte Material (z. B. einen Pilzkörper) und Partikel mit jeweils einem kleinen Teilchendurchmesser enthält, und das Einbringen des Röhrchens in den Zentrifugalabscheider zum Zermalmen des die Nukleinsäure enthaltenden Materials (z. B. einen Pilzkörper) und Extrahieren der Nukleinsäure, durchführt, wobei der Spender für die großen Kügelchen ein rotierendes Teil (z. B. ein Rotationsrad) mit einer Aussparung (z. B. einer Sackbohrung), deren Füllmenge der Menge der zugeführten Partikel (z. B. Kügelchen mit großem Durchmesser) entspricht und in einem Versorgungsweg angeordnet ist, wobei der Versorgungsweg sich in vertikaler Richtung erstreckt und mit einer Passage unterhalb einer Vorratseinheit (z. B. einem Schüttgutbehälter) für die Speicherung der zu spendenden Partikel (z. B. Kügelchen mit großem Durchmesser) verbunden ist, wobei Mittel (z. B. eine mit Stiften ausgestattete Scheibe) zur Bewegung der Partikel rotierbar in der vorstehenden Vorratseinheit (Schüttgutbehälter) angeordnet sind, und wobei der Spender für die kleinen Kügelchen eine Messeinheit zur Messung der Menge (gegeben durch z. B. „Kapazität der Messeinheit 97 – Volumen des Kolbens 98'') der gespendeten Partikel (z. B. Kügelchen mit kleinem Durchmesser), eine unterhalb der Messeinheit angeordnete Spendereinheit, eine oberhalb der Messeinheit angeordnete Vorratseinheit für die Partikel (z. B. Kügelchen mit kleinem Durchmesser), eine an der Grenze zwischen der Teilchenvorratseinheit und der Messeinheit angeordnete, scheibenförmige Einheit (z. B. eine Dichtung), ein vertikal bewegliches Ventil (z. B. ein Kolben), welches die vorstehende scheibenförmige Einheit öffnet und einen Einlass (z. B. einen Stutzen) zur vorstehenden Spendereinheit schließt, wenn es sich nach unten bewegt, und die vorstehende scheibenförmige Einheit verschließt und den Einlass (z. B. einen Stutzen) der vorstehenden Spendereinheit öffnet, wenn es sich nach oben bewegt, sowie Mittel (z. B. ein Solenoid, ein Gelenk, eine Feder) für die Bewegung des Ventils in vertikaler Richtung (z. B. eines Kolbens) aufweist.
  • Hierbei ist das vorstehende Kontrollmittel so konstruiert, dass es einen Kontrollvorgang für die Abtrennung der Nukleinsäure (DNA) durch Zermalmen des Materials (Bakterien), welches die Nukleinsäure (DNA) enthält, für die Gewinnung der abgetrennten Nukleinsäure (DNA) (Gewinnung durch Zentrifugieren mit Alkohol, z. B. Butylalkohol, und Trocknen) und für die Reinigung der abgetrennten Nukleinsäure durch Gelfiltrationschromatographie durchführt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Durchführung weist der vorstehende Zentrifugalabscheider vorzugsweise ein Stoppposition-Anzeigemittel (z. B. eine Nockenscheibe mit Nut), das entsprechend einer vorgegebenen Stoppposition angeordnet ist, ein Mittel (Ausgangspositionssensor, z. B. ein Abstandssensor) zur Erkennung des Anzeigemittels, um zu erkennen, ob sich das Stoppposition-Anzeigemittel in der vorgegebenen Position befindet, Antriebsmittel (Festpositionsstopp-Motor) zur Bewegung des Stoppposition-Anzeigemittels zu der Stoppposition, wenn das Stoppposition-Anzeigemittel nicht an der vorgegebenen Position anhält, sowie eine Vorrichtung zur Rotationsübertragung (Zahnriemenrad, Zahnriemen und Rotor) auf.
  • Um das mit der Probe befüllte Röhrchen immer wieder an einer vorgegebenen Position anzuhalten, wird eine solche Anordnung verwendet.
  • Dreht sich das rotierende Teil (z. B. ein Rotationsrad) und verbindet dabei die Passage unterhalb der Vorratseinheit (z. B. einem Schüttgutbehälter) mit der Aussparung (z. B. einer Sackbohrung) des rotierenden Teils, so werden die zu spendenden Partikel (z. B. Kügelchen mit großem Durchmesser) in die Aussparung (z. B. eine Sackbohrung) gefüllt. Dreht sich das rotierende Teil (z. B. Rotationsrad) und verbindet die Aussparung (z. B. eine Sackbohrung) des rotierenden Teils mit dem darunter liegenden Versorgungsweg, gelangen/fallen die zu spendenden Partikel (z. B. Kügelchen mit großem Durchmesser) durch den darunter liegenden Versorgungsweg und werden zugeführt.
  • Bewegt sich das vorstehende Ventil (z. B. ein Kolben) nach unten, wobei die vorstehende scheibenförmige Einheit geöffnet wird, so fließen Partikel mit vergleichsweise kleinen Partikeldurchmessern (z. B. Kügelchen mit einem Partikeldurchmesser von etwa 0,1 mm) von der Innenwandoberfläche der scheibenförmigen Einheit (z. B. einer Dichtung) in die Messeinheit.
  • Hierbei entspricht die Menge der in die Messeinheit fließenden Partikel dem durch „Kapazität der Messeinheit 97 – Volumen des Kolbens 98'' gegebenen Wert.
  • Eine vorgegebene Menge der in die Messeinheit 97 geflossenen Partikel wird dem anschließenden Schritt wie folgt zugeführt.
  • Bewegt sich das vorstehende Ventil (Kolben 98) nach oben, wobei der Einlass (Einlass-Stutzen 99S) der Spendereinheit geöffnet wird, so fällt die Menge der Partikel (z. B. Kügelchen mit einem Partikeldurchmesser von etwa 0,1 mm), die dem vorhergehend genannten, durch „Kapazität der Messeinheit 97 – Volumen des Kolbens 98'' gegebenen Wert entspricht, frei aus der Spendereinheit (Stutzen 99), um im nächsten Schritt zugeführt zu werden.
  • Wenn erfindungsgemäß mehrere Arme (z. B. drei Arten von Armen) verwendet werden, so bewegt vorzugsweise ein erster Arm (13) eine Materialprobe, eine Pipettenspitze (Probe) und dergleichen in eine Halterung, ein zweiter Arm (14), der eine Pumpe baulich integriert hat, saugt die unerwünschte Flüssigkeit ab und verwirft sie, und ein dritter Arm (15) bewegt das zu testende Objekt zwischen einer Kühlwanne (22) und Einrichtungen zur Abtrennung (Rüttler (3), Zentrifugalabscheider (5)).
  • Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dass auch ein einzelner Arm (und ein XYZ-Roboter) so ausgelegt werden kann, dass er die vorhergehend beschriebenen Aufgaben anstelle des vorstehenden ersten bis dritten Arms (einschließlich dreier XYZ-Roboter 24A bis 24C) ausführen kann.
  • Da die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren mit dem vorstehenden Aufbau die Nukleinsäure durch Abtrennen des die Nukleinsäure (DNA) enthaltenden Materials (z. B. eines Pilzkörpers) aus der Probe und Zermalmen des abgetrennten Materials extrahiert, kann sogar aus Proben, die üblicherweise als schwierig zu extrahieren erachtet werden, wie beispielsweise Faeces, Klärschlamm und dergleichen, in einfacher und verlässlicher Weise Nukleinsäure extrahiert werden.
  • Alternativ weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren auf: einen Rüttler; einen Zentrifugalabscheider; einen Spender für große Kügelchen und einen weiteren Spender für kleine Kügelchen; eine Flüssigchemikalien-Dosiervorrichtung (z. B. eine separate Einspritzdüse) zur Einspeisung einer flüssigen Chemikalie; eine Deckel-Befestigungs-/Entfernungs-Einheit (z. B. einen Deckelaufsetzer) zur Befestigung/Entfernung eines Deckels (Kappe) an/von jedem einzelnen Röhrchen; und einen Arbeitstisch, wobei Proben oder mehrere der Röhrchen, welche die Proben (z. B. Faeces, Klärschlamm und dergleichen) enthalten, in bestimmten Bereichen eines die Röhrchen enthaltenden Bauteils (z. B. einer Proben-Halterung) angeordnet sind, und das die Röhrchen enthaltende Bauteil durch Mittel zum Bewegen (z. B. einen XYZ-Roboter) auf dem Arbeitstisch bewegt werden kann, wobei der vorstehende Rüttler, der Zentrifugalabscheider, die Vorrichtung zur Einspeisung der Partikel (Spender für große Kügelchen, Spender für kleine Kügelchen), die Vorrichtung zur Einspeisung von Flüssigchemikalien und die Deckel-Befestigungs-/Entfernungs-Einheit von Deckeln so konstruiert sind, dass sie zur gleichzeitigen Bearbeitung der mehreren Röhrchen in der Lage sind, und die vorstehende Spendervorrichtung für die Partikel, die Einspeisungsvorrichtung für Flüssigchemikalien und die Deckel-Befestigungs-/Entfernungs-Einheit so konstruiert sind, dass sie zwischen einer Position unmittelbar über dem vorstehenden Arbeitstisch, wenn an den Röhrchen in dem Röhrchen enthaltenden Bauteil der erforderliche Prozessschritt durchgeführt wird, und einer von dem vorstehenden Arbeitstisch beabstandeten Position beweglich sind, wobei die vorstehende Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren ein Kontrollmittel enthält, wobei das Kontrollmittel so konstruiert ist, dass es einen Kontrollvorgang für das Rütteln der Röhrchen, welche mit Teilchen mit jeweils einem großen Teilchendurchmesser und den Proben gefüllt sind, das Einbringen der Röhrchen in den Zentrifugalabscheider zur Abtrennung eines eine Nukleinsäure (DNA) (z. B. einen Pilzkörper) enthaltenden Materials aus jeder der Proben, das Rütteln der Röhrchen, welche mit dem die Nukleinsäure (z. B. einen Pilzkörper) enthaltenden, abgetrennten Material und Teilchen mit jeweils einem kleinen Teilchendurchmesser befüllt sind, und das Einbringen der Röhrchen in den Zentrifugalabscheider zum Zermalmen des die Nukleinsäure (z. B. einen Pilzkörper) enthaltenden Materials und die Extraktion der Nukleinsäure durchführt, wobei der Spender für die großen Kügelchen ein rotierendes Teil (z. B. ein Rotationsrad) mit einer Aussparung (z. B. einer Sackbohrung), deren Füllmenge der Menge der zugeführten Partikel (z. B. Kügelchen mit einem großen Durchmesser) entspricht und die in einem Versorgungsweg angeordnet ist, aufweist, und wobei sich der Versorgungsweg in vertikaler Richtung erstreckt und mit einer Passage unterhalb einer Vorratseinheit (z. B. einem Schüttgutbehälter) für die Speiche rung der zu spendenden Partikel (z. B. Kügelchen mit großem Durchmesser) verbunden ist, und Mittel zur Bewegung der Partikel (z. B. eine mit Stiften ausgestattete Scheibe) rotierbar in der vorstehenden Vorratseinheit (z. B. einem Schüttgutbehälter) angeordnet sind, und wobei der Spender für die kleinen Kügelchen eine Messeinheit zur Messung der Menge (gegeben z. B. durch „Kapazität der Messeinheit 97 – Volumen des Kolbens 98'') der gespendeten Partikel (z. B. Kügelchen mit kleinem Durchmesser), eine unterhalb der Messeinheit angeordnete Spendereinheit, eine oberhalb der Messeinheit angeordnete Partikelvorratseinheit (z. B. für Kügelchen mit kleinem Durchmesser), eine an der Grenze zwischen der Partikelvorratseinheit und der Messeinheit angeordnete, scheibenförmige Einheit (z. B. eine Dichtung), ein in vertikaler Richtung bewegliches Ventil (z. B. ein Kolben), welches die vorstehende scheibenförmige Einheit öffnet und den Einlass (z. B. einen Stutzen) der vorstehende Spendereinheit schließt, wenn es sich nach unten bewegt, und welches die vorstehende scheibenförmige Einheit verschließt und den Einlass (z. B. einen Stutzen) der vorstehenden Spendereinheit öffnet, wenn es sich nach oben bewegt, sowie Mittel (z. B. ein Solenoid, ein Gelenk, eine Feder) für die Bewegung des Ventils (z. B. eines Kolbens) in vertikaler Richtung aufweist.
  • In einer solchen Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren sind der Deckelaufsetzer, die Kolbenpumpe, die separate Einspritzdüse, der Spender für die großen Kügelchen und der Spender für die kleinen Kügelchen so konstruiert, dass sie mehrere Röhrchen (in einer zweiten Ausführungsform gemäß den 16 bis 22 sind es vier) gleichzeitig bearbeiten können. Muss eine erforderliche Bearbeitung vorgenommen werden, so sind die vorstehenden Einrichtungen (z. B. Deckelaufsetzer, Kolbenpumpe, separate Einspritzdüse, Spender für die großen Kügelchen und Spender für die kleinen Kügelchen) so konstruiert, dass sie sich zu Positionen in der Nähe des Arbeitstisches bewegen und die erforderliche Bearbeitung in Bezug auf die verschiedenen Röhrchen in der Halterung (z. B. einer Proben-Halterung) durchführen.
  • Entsprechend sind diese Einrichtungen feststehend, so dass die auf einen Nukleinsäure-Extraktions-Arbeitsgang verwendete Zeit im Vergleich zu den Röhrchen, die von dem Arm oder Roboter gehalten und eines nach dem anderen zur Durchführung der erforderlichen Bearbeitung zu den entsprechenden Positionen der Einrichtungen bewegt werden, signifikant reduziert werden.
  • Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen werden im Folgenden einige erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben.
  • 1 stellt eine Vorderansicht, die eine Anordnung gemäß einer erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform zeigt, dar. 2 ist eine Draufsicht von 1. 3 ist eine Seitenansicht von 1. 4 stellt eine Seitenansicht eines Spenders für Kügelchen mit großem Durchmesser dar. 5 stellt eine Schnittzeichnung (Vorderansicht) entlang der Linie B–B in der 4 dar. 6 stellt eine Schnittzeichnung (Rückansicht) entlang der Linie A–A in 4 dar. 7 stellt die Seitenansicht eines Rüttlers dar. 8 ist eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts C in 7. 9 stellt eine Schnittzeichnung entlang der Linie A–A in 8 dar. 10 ist eine Seitenansicht eines Zentrifugalabscheiders. 11 stellt eine Schnittzeichnung entlang der Linie A–A in 10 dar. 12 stellt eine Schnittzeichnung (Seitenansicht) eines Spenders für Kügelchen mit kleinem Durchmesser dar. 13 zeigt ein Ablaufdiagramm einer automatischen Betriebsweise in einer Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren der in 1 bis 3 gezeigten Anordnung. 14 zeigt ein Ablaufdiagramm einer automatischen Betriebsweise in der gleichen Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren wie in 13, das sich an 13 anschließende Schritte zeigt. 15 zeigt ein Ablaufdiagramm einer automatischen Betriebsweise in der gleichen Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren wie in 13 und 14, das sich an 14 anschließende Schritte zeigt. 16 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt. 17 ist eine Teilschnitt-Vorderansicht eines gemäß der zweiten Ausführungsform verwendeten Deckelaufsetzers. 18 stellt die Draufsicht der in 17 dargestellten Deckelaufsetzers dar. 19 stellt eine Draufsicht dar, in der ein Zustand gezeigt wird, in dem ein Deckel unter Verwendung des Deckelaufsetzers gemäß der zweiten Ausführungsform von einem Röhrchen entfernt wird. 20 stellt eine Draufsicht dar, in der ein Zustand gezeigt wird, in dem eine Chemikalie in ein Röhrchen unter Verwendung der separaten Einspritzdüse gemäß der zweiten Ausführungsform eingespeist wird. 21 stellt eine Draufsicht dar, in der ein Zustand gezeigt wird, in dem Pipettenspitzen auf die Spitzen einer Kolbenpumpe gemäß der zweiten Ausführungsform gesetzt werden; und 22 stellt eine Draufsicht dar, in der ein Zustand gezeigt wird, in dem ein Überstand unter Verwendung der Kolbenpumpe gemäß der zweiten Ausführungsform durch Absaugen aus Röhrchen entfernt wird.
  • Für die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen wird eine Beschreibung für den Fall gegeben, dass es sich bei den Proben (dem Ziel der Nukleinsäure-Extraktion) um Tier-Faeces handelt und eine Nukleinsäure daraus extrahiert wird.
  • In der folgenden Beschreibung bedeutet eine Probe (Materialprobe) oder Pipettenspitze („Chip") eine Testprobe, die einen zu analysierende Mikroorganismus enthält. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet ein Röhrchen ein 2-ml-Mikroröhrchen mit einem Schraubdeckel oder ein 1,5-ml-Mikroröhrchen mit einem Schraubdeckel.
  • Zuerst wird die erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung an Hand der 1 bis 15 beschrieben.
  • 1 bis 3 zeigen eine vollständige Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren, die so konstruiert ist, dass jeder der Schritte Reinigen, Zermalmen und Abtrennen in einer Einheit durchgeführt wird, wobei Nukleinsäure aus den Faeces extrahiert wird.
  • In 1, die die Vorderansicht der Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren 1 zeigt, 2, die die Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren aus 1 in Draufsicht bei entfernter oberer Abdeckung zeigt, und 3, die eine Seite der 1 zeigt, sind die folgenden Einheiten in einem Gehäuse 2 mit einer Länge von 1500 mm, einer Breite von 1200 mm und einer Tiefe von 750 mm angeordnet und auf einer Bodenplatte G aufgebaut.
  • In einem unteren Bauteil 2a des Gehäuses 2 sind eine Bedienungstafel 25A und eine Kontrolleinheit 20 für den automatischen Betrieb der gesamten Vorrichtung angeordnet. In einem oberen Bauteil 2b davon sind solche Einheiten wie beispielsweise ein Röhrchen-Behälter 4A, ein Behälter 5A für eine Pipettenspitze als Probe, ein Gestell für Pipettenspitzen 8A, ein Gestell für Röhrchen 10A, ein Reagenzienständer 11A, ein großer Kügelchenspender 8, ein kleiner Kügelchenspender 9 jeweils in Form einer Partikel-Dosiervorrichtung und ein Einfüllstutzen für Flüssigkeiten 11 als Flüssigchemikalien-Dosiervorrichtung zusammen angeordnet, während ein erster Arm 13 als Manipulator zur Beförderung eines ein Reagenz (Pipettenspitze) enthaltenden Röhrchens mittels eines XYZ-Roboters 24A, der an dem oberen Teilbereich des oberen Bauteils 2b befestigt ist, beweglich angebracht ist.
  • In Verbindung mit den vorstehenden Einheiten sind ein Element zum Bestücken von Trägern 28, der Ständer 11A für Reagenzien (Pipettenspitze), das Gestell für Röhrchen 10A, der Deckelaufsetzer 18 zur Befestigung bzw. Entfernung von Deckeln an bzw. von einem Röhrchen, ein Rüttler 3 zum Bewegen eines Reagenzes durch Schütteln eines Röhrchens, ein Reagenz-Ständer 13A, ein Ständer zum Abkühlen von Reagenz 20A, ein Reagenz-Trockner 24, eine Wanne 22 zum Abkühlen von Reagenz und eine Abfallwanne 16 für die Entsorgung des flüssigen Abfalls zusammen in dem oberen Bauteil 2b angeordnet, während ein zweiter Arm 14 als Manipulator zur Bewegung eines Reagenzes (Pipettenspitze) und Förderung und Verwerfen einer unerwünschten Flüssigkeit zusammen mit einer Spritzenpumpe 6 mittels eines XYZ-Roboters 24B, der an dem oberen Teilbereich des oberen Bauteils 2b befestigt ist, beweglich angebracht ist.
  • In Verbindung mit den vorstehenden Einheiten sind eine Zylinderpumpe 17 und ein Zentrifugalabscheider 5 ebenfalls in dem oberen Bauteil 2b angeordnet, während ein dritter Arm 15 als Manipulator, des mit den vorhergehend beschriebenen Einheiten angegliedert ist und mit Beförderung zwischen diesen Einheiten, über einen XYZ-Roboters 24C, der an dem oberen Teilbereich des oberen Bauteils 2b befestigt ist, beweglich angebracht ist.
  • Die kategorisierten Funktionen dieser drei Arme sind derart, dass der erste Arm hauptsächlich eine Materialprobe oder eine Pipettenspitze (Probe) in einer Halterung zu den Gestellen befördert, der zweite Arm 14 hauptsächlich die Beförderung zu jeder der Einheiten übernimmt, d. h. die Beförderung eines Abfall-Röhrchen und dergleichen von den Gestellen zum Deckelaufsetzer und vom Deckelaufsetzer zu den Spendern, dem Rüttler und der Kühlwanne, während eine unerwünschte Flüssigkeit mit einer Zylinderpumpe in baulicher Einheit abgesaugt und verworfen wird, und der dritte Arm hauptsächlich einen zu untersuchenden Gegenstand zwischen der Kühlwanne und einer Einrichtung zur Abtrennung (Zentrifugalabscheider) befördert.
  • Für jeden der drei Arme 13, 14 und 15 ist eine bekannte, im Handel erhältliche automatisierte Einrichtung geeignet. Alternativ können auch der erste bis dritte Arm in einem einzigen Arm zusammen gefasst werden.
  • Eine Reinigungseinheit 23 zum gewaltsamen Entleeren der Vorrichtung ist im oberen Teilbereich des Gehäuses 2 angeordnet.
  • 4 bis 6 zeigen den Spender 8 für große Kügelchen (z. B. Glaskügelchen mit einem Partikeldurchmesser von 2 bis 3 mm) als Partikel-Dosiervorrichtung. 4 zeigt eine Seite der allgemeinen Anordnung, 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B–B in 4, und 6 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A–A in 4.
  • Der Hauptanteil des großen Kügelchenspenders 8 besteht aus einem Motor 8C, der auf einer Platte 80 befestigt ist, die aus einer in dem unteren Bauteil 2a (siehe 1 und 3) des Gehäuses 2 angeordneten horizontalen Grundplatte 80a und einer vertikalen Grundplatte 80b besteht, einem Rotationsrad 85 als rotierendem Teil, das in einem festen Rahmen 88 gleitet und rotiert, und einer Scheibe 83, die in schwingender Weise in einer mit dem oberen Teilbereich des festen Rahmens 88 befestigten Vorratseinheit 80C rotiert.
  • Das Rotationsrad 85 ist in einem Versorgungsweg 88H angeordnet, der sich in der vertikalen Richtung des festen Rahmens 88 erstreckt, und mit einer von dem Motor 8C angetriebenen Achse 8Ca verbunden. Auf der Achse 8Ca sind eine Anfangs-Stoppplatte 8A zur Bestimmung der Rotationsstellung des Rotationsrades 85 und eine Nockenscheibe 8H befestigt.
  • Das Rotationsrad 85 weist eine Aussparung (Sackbohrung 85H) auf, die sich durch dessen Kern hindurch erstreckt. Ein doppelt gebördelter, beweglicher Stift, der mit der Außenseite des Rades 85 Kontakt herstellt, ist in dem unteren Teilbereich der Sackbohrung 85H eingepasst, so dass er in axialer Richtung gleiten kann. An der Seite des beweglichen Stiftes 87, die in der Sackbohrung 87H liegt, sind Federn 86 befestigt.
  • Ein mit einer Durchgangsbohrung 89H versehener Stutzen 89 ist an dem unteren Teilbereich des festen Rahmens 88 befestigt. Die Durchgangsbohrung 89 ist so ausgeführt, dass sie mit der Sackbohrung 85H Kontakt herstellt, wenn sich das Rad 85 an einer vorgegebenen Position zur Kügelchen-Zuführung befindet.
  • Die Anfangs-Stoppplatte 8A ist so konstruiert, dass sie das Gegenstück zu einem an der horizontalen Grundplatte 80a befestigten Sensor 8A bildet und die Halteposition bei der Drehung des Rotationsrades 85 festlegt.
  • Die Nockenscheibe 8H ist so angeordnet, dass sie ein zweites Verbindungsglied 8G um eine Achse 8Ga als Kern gegen die Federn 8G schwingt. Ein erstes Verbindungsglied 8D, das die auf der gleichen Höhe in horizontaler Richtung wie die Achse 8Ga angeordnete Achse 8Da benutzt, ist so konstruiert, dass es in schwingender Weise mit dem zweiten Verbindungsstück 8G mittels eines Stiftes 8E im Ganzen rotiert.
  • Ein Schüttgutbehälter 82 als Vorratseinheit für die Speicherung von Kügelchen ist in der Vorratseinheit 80C ausgebildet und ist so konstruiert, dass sich eine Durchgangsbohrung 82H, die sich in dem unteren Teilbereich des durchhängenden Bodens 82a des Schüttgutbehälters 82 befindet, an die Durchgangsbohrung 88H, die sich in dem oberen Teilbereich des festen Rahmens 88 befindet, anschließt.
  • Die Scheibe 83 ist so ausgebildet, dass sie einen unteren Teilbereich in der Nähe des durchhängenden Bodens 82a der Vorratseinheit 82 aufweist. Stifte 84, 84 befinden sich horizontal in den oberen bzw. unteren Teilbereichen der Scheibe 83, so dass der Achsen-Abschnitt 83a der Scheibe 83 so gelagert ist, dass er horizontal frei zur Vorratseinheit 80C schwingen kann.
  • Der Stift 8E ist mit dem hinteren Endteil des Achsen-Abschnitts 83a über ein Verbindungsglied 8Ea verbunden. Der große Kügelchenspender 8 ist so konstruiert, dass, wenn die Scheibe 83 in schwingender Weise mit der schwingenden Bewegung des Stiftes 8E rotiert, die Stifte 84, 84 Kügelchen in dem Schüttgutbehälter 82 in Bewegung setzen, damit diese frei fallen können.
  • Die Kügelchen im Schüttgutbehälter 82 werden einem externen Röhrchen über den Stutzen 89 wie folgt zugeführt.
  • Zuerst wird die Nockenscheibe 8H durch die Rotation des Motors 8C gedreht, so dass der Stift 8E mittels der ersten und zweiten Verbindungsglieder in Schwingung gesetzt wird. Die schwingende Bewegung des Stiftes 8E dreht die Scheibe 83 in schwingender Weise und die Kügelchen im Schüttgutbehälter 82 werden durch die schwingende Rotation der Stifte 84 und 84 in Bewegung versetzt, so dass die Kügelchen ohne Behinderung abwärts fallen können.
  • In der Zwischenzeit rotiert das Rotationsrad in eine Richtung, z. B. im Uhrzeigersinn, und wird durch die Anfangs-Stoppplatte 8B und den Sensor 8A an einer vorgegebenen Halteposition angehalten, d. h. in einer Position, in der die Sackbohrung 85H sich an die Durchgangsbohrungen 82H, 88H anschließt.
  • Eine vorgegebene Zahl Kügelchen werden gegen die Federn 86 durch die Durchgangsbohrungen 82H, 88H in die Sackbohrung 85H gefüllt. Das Rotationsrad 85 macht dann eine halbe Umdrehung, so dass die Kügelchen aus der Sackbohrung 85H in die Durchgangsbohrung 89H fallen. Zu diesem Zeitpunkt gleicht die Spannkraft der vorgespannten Federn 86 einen Größenfehler zwischen einer passenden Anzahl Kügelchen aus und trägt zu der Entnahme der Kügelchen bei.
  • Auf diese Weise fallen eine vorgegebene Anzahl Kügelchen zur Zuführung.
  • 7 bis 9 zeigen einen mit exzentrischer Rotation und vertikaler Schwingung ausgeführten Rüttler 3. 7 zeigt eine Seitenansicht davon, 8 zeigt detailliert einen vergrößerten Ausschnitt A aus 7, und 9 zeigt eine Schnittzeichnung entlang der Linie A–A aus 8.
  • Der Hauptanteils des Rüttlers 3 besteht aus einem Motor 3C, der in einer Grundplatte 3J befestigt ist, die in dem unteren Teil 2a (siehe 1 und 3) des Gehäuses 2 mittels eines elastischen Anti-Schwingelementes 3D angeordnet ist, einer Halterung 31 zum Halten eines zu schüttelnden Röhrchens 32 und einem Rüttelhebel 34, der eine Probe durch heftiges Rütteln der Halterung 31 in vertikaler und lateraler Richtung mischt.
  • Eine Achse 3Aa ist durch eine Lagerhalterung 39 auf einer Achse 3Ca gelagert, die direkt mit dem Motor 3C mittels Rollen 36a, 3Bb und eines Riemens 3A gekoppelt ist. Die Achse 3Aa ist mit einer exzentrischen Achse 35 mit einer exzentrischen Drehachse ausgestattet, und der um die exzentrische Achse 35 zentrierte Rüttelhebel 34 ist so befestigt, dass er sich in horizontaler Richtung neigt.
  • Eine Nockenscheibe mit Nut 36 ist auf einer Achse 3Aa befestigt. Der Rüttler 3 ist so konstruiert, dass die Rotations-Stoppposition des Rüttelhebels 34 durch einen Festpositionsstopp-Sensor 37 ermittelt wird, der das Gegenstück zu der Nockenscheibe mit Nut bildet.
  • Die Halterung 31 mit einer zylindrischen Bohrung 31a zum Halten des Röhrchens 32 mittels eines Halteaufsatzes 3G ist am äußeren Endabschnitt des Rüttelhebels 34 befestigt.
  • Auf der gegenüberliegenden Seite des Halteaufsatzes 3G sind zwei elastische Elemente 3E, die jeweils in Form eines zylindrischen Stabs ausgeführt sind, wie in den Zeichnungen dargestellt, an der zylindrischen Bohrung 31a in vertikaler Richtung befestigt, so dass sie radial nach innen auskragen.
  • Eine elastische Platte 3F ist in einer zwischen dem Halteaufsatz 3G und einer Öffnungsbohrung 31b der Halterung 31 liegenden Verbindung angeordnet, und ein Spalt 3Ga hinter dem elastischen Element 3F stellt Kontakt zu einem Luftweg von einem Anschlussstück 33 für eine Rohrleitung her. Wie in 8 gezeigt, stellt das Anschlussstück 33 über eine Rohrleitung mit einem elektromagnetischen Drei-Wege-Ventil 3L und einer Luftpumpe 3K Kontakt her.
  • Der Rüttler 3 mit dem vorstehenden Aufbau funktioniert wie folgt.
  • Der Rüttelhebel 34 wird an einer vorgegebenen Position durch die Nockenscheibe mit Nut 36 und den Festpositionsstopp-Sensor 37 angehalten, und das Röhrchen, in das eine Probe eingeführt ist, wird mit dem Arm 14 und dem Roboter 24B in die Bohrung 31a eingesetzt. Das Röhrchen 32 wird mit Luft von der Luftpumpe 3K zwischen der elastischen Platte 3F und den elastischen Elementen 3E flexibel gepresst, stabil gehalten und in geeigneter vibrationsfreier und stoßsicherer Weise festgehalten.
  • Die Drehung des Motors 3C fügt dem Röhrchen 32 dann radiale und vertikale Schwingungen auf Grund der Exzentrizität und Neigung des Rüttelhebels 34 zu, so dass die Probe bewegt wird.
  • Nachdem die Probe durch Schütteln bewegt worden ist, hält der Rüttelhebel 34 an der vorgegebenen Position an, so dass das Röhrchen 32 automatisch vom Roboter 24B und dem Arm 14 gemäß den 1 und 3 entfernt bzw. eingesetzt werden kann.
  • Im vorliegenden Rüttler 3 erfolgt das Homogenisieren eines Pilzkörpers während der Reinigung 5 Sekunden oder länger bei 1000 rpm oder mehr durchgeführt. Um den Pilzkörper zu zermalmen und dadurch zu homogenisieren, wird das Schütteln 10 Sekunden oder länger bei 1000 rpm oder mehr durchgeführt. Eine Behandlung mit Phenol-Chloroform wird 60 Sekunden oder länger bei 3000 rpm oder mehr. Besonders bevorzugt wird das Homogenisieren während dem Reinigen etwa 10 Sekunden lang bei 1500 rpm oder mehr, das Homogenisieren nach dem Zermalmen etwa 30 Sekunden lang bei 4000 rpm bis 5000 rpm und die Behandlung mit Phenol-Chloroform etwa 60 Sekunden lang bei 3000 rpm durchgeführt.
  • 10 bis 11 zeigen einen mit schwingendem Rotor ausgeführten Zentrifugalabscheider 5. 10 zeigt eine Seitenansicht, und 11 zeigt detailliert eine vergrößerte Schnittzeichnung entlang der Linie A–A in 10.
  • Der Hauptanteil des Zentrifugalabscheiders 5 besteht aus einem Motor 55, der auf einer Grundplatte 5H befestigt ist, die in dem unteren Teil 2a (siehe 1 und 3) des Gehäuses 2 mittels eines elastischen Schwingelementes 56 angeordnet ist, Behältnissen 53 jeweils zum Halten eines der Zentrifugalabscheidung zu unterziehenden Röhrchens 52, einem Festpositionsstopp-Motor 59 als Antriebsmittel zum Bewegen der Stoppposition des Behältnisses 53 zu einer vorgegebenen Position, einem Rotations-Übertragungsmechanismus zur Übertragung der Rotation des Motors 9, einem Ausgangspositionssensor 5B zur Ermittlung der Stoppposition und dergleichen.
  • Der Zentrifugalabscheider 5 ist so konstruiert, dass ein Rotor 51, der als hohle, oben offene Scheibe ausgeführt ist, an einer direkt mit dem Motor 55 für die Zentrifugalabscheidung verbundenen Achse 5G befestigt ist, und die verschiedenen Behältnisse 53, die durch das Trageglied 50 in horizontal konformer Relation im Rotor 51 befestigt sind, die Röhrchen 52 halten.
  • Ebenfalls auf 11 Bezug nehmend, ist ein Stopppositionsanzeiger in Form einer Nockenscheibe mit Nut 54 mit einer Nut 54 an der Achse 5G befestigt, während das Erkennungsmittel für den Anzeiger in Form des Ausgangspositionssensors 5B, der die Position der Nockenscheibe mit Nut 54 in der Drehrichtung erkennt, und ein Rotationssensor 5C mit einer Phasendifferenz von 90° zum Ausgangspositionssensor in Drehrichtung im Uhrzeigersinn vorgesehen sind.
  • Eine Achse 5F, eine Kupplung 57 und eine Achse 5E sind jeweils als Teil des Rotations-Übertragungsmechanismus 5Z des Festpositionsstopp-Motors mit dem unteren Teil des Motors 55 verbunden. Die Achse 5E ist mit dem Festpositionsstopp-Motor 59 über den Rotations-Übertragungsmechanismus 5Z, der ein Zahnriemenrad 58 umfasst, einen Riemen 5K und das Zahnriemenrad 58 gekoppelt.
  • Der Zentrifugalabscheider 5 mit dem vorhergehend beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt.
  • Der Rotor 51 und die Behältnisse 53 werden an vorgegebenen Positionen durch die Nockenscheibe mit Nut 54 und den Festpositionsstopp-Sensor 58 angehalten, und die Röhrchen 52, die die Proben enthalten, werden in die entsprechenden Behältnisse 53 durch den Arm 15 und den Roboter 24C gemäß den 1 und 3 eingesetzt.
  • Zu diesem Zeitpunkt erfolgt das Anhalten des Rotors 51 und der Behältnisse 53 an den vorgegebenen Positionen, indem der Festpositionsstopp-Motor 59 verwendet wird, um die vom Motor bedingte Stoppposition genau auszugleichen. Insbesondere wird die Kupplung 57 wirksam, nachdem der Motor 55 angehalten worden ist, so dass sie mit der Achse 5F gekoppelt wird. Danach rotiert der Festpositionsstopp-Motor 59, so dass er den Rotor 51 leicht dreht und an der Position des Festpositionsstopp-Sensors 58 anhält.
  • Durch dieses Anhalten der Behältnisse 53 an den vorgegebenen Positionen können die Röhrchen 52 automatisch eingesetzt bzw. entfernt werden.
  • Der Rotationssensor 5C erkennt im vorliegenden Beispiel die Positionen der Behältnisse 53 im 90°-Abstand und bewirkt, dass das folgende Röhrchen 52 präzise in das folgende Behältnis 53 eingesetzt wird.
  • Nachdem die Röhrchen 52 in alle Behältnisse 53 eingebracht worden sind, wird die Kupplung 57 ausgeschaltet, und die Proben in den Röhrchen 52 werden mittels des Motors 55 mit einer niedrigeren Rotation, z. B. zur Nukleinsäure-Extraktion, oder mit einer hochtourigen Rotation zur Ausfällung eines Pilzkörpers für die Reinigung durch Zentrifugieren getrennt.
  • Während des Reinigers im vorliegenden Zentrifugalabscheider 5 wird die Zentrifugalabscheidung 1 Minute oder länger bei einer Umdrehungszahl von 3000 × g oder darüber durchgeführt.
  • Wird der Zentrifugalabscheider 5 vergrößert, so ist es nicht mehr erforderlich, die Röhrchen mit darin befindlichen Proben in einer 4-Viertel-Anordnung wie in der vorliegenden Erfindung anzuordnen. Für die Konstruktion einer Einzelanalyse-Vorrichtung und ihrer Automatisierung wird allerdings ein kleinformatiger Zentrifugalabscheider für vier Proben bevorzugt.
  • Wenn eine Spin-Säule (nicht gezeigt) an dem Röhrchen 52 befestigt wird, wird bevorzugt ein abgesenkter Teilbereich, d. h. eine „Senkbohrung" vorgesehen, um eine Behinderung zwischen dem Drehpunkt des Behältnisses 53 und der betreffenden Spin-Säule zu vermeiden, obwohl dies nicht explizit gezeigt ist.
  • 12 zeigt einen Spender für kleine Kügelchen (mit Partikeldurchmessern von beispielsweise 0,13 mm) als Partikel-Dosiervorrichtung.
  • Der Hauptanteil des Spenders für kleine Kügelchen 9 besteht aus einem Schüttgutbehälter-Element 96 als Partikelvorratseinheit für die Zuführung von Kügelchen von außerhalb und für deren Speicherung, einer Messeinheit 97 für die Speicherung einer vorgegebenen Menge von den Röhrchen zuzuführenden Kügelchen und für deren Abgabe, einem stabförmigen Teil 9A mit einem Kolben 98 als Ventil für die Messung in der Messeinheit 97 und die Abgabe der Teilchen daraus sowie einem Solenoid 91 für die Bedienung des stabförmigen Teiles 9A in vertikaler Richtung.
  • Das Schüttgutbehälter-Element 9B weist eine nach außen offene Bohrung zur Partikel-Zuführung 95, einen oberen Teil in feststehendem Kontakt mit einem Auflager 94 und einen unteren Teil in feststehendem Kontakt mit einem konischen Glied 9C mit einer trichterförmigen Bohrung 9Ca auf.
  • Das Stutzen-Element 9D des Spenders mit der Messeinheit 97 ist in eine im unteren Teil des konischen Glieds 9C gebildeten Eingriffsbohrung 9Cb eingesetzt. Die Bohrung 9Ca und die Messeinheit 97 sind miteinander durch eine scheibenförmige Einheit in Form eines Ventilscheiben-Elements 96 verbunden. Das Ventilscheiben-Element 96 ist mit einer Innenwandoberfläche 96I, die als Ventilöffnung dient, ausgebildet.
  • Das Stutzen-Element 9D ist so konstruiert, dass es eine die Messeinheit 97 bildende, innere Bohrung 9Db und eine damit verbundene Stutzenöffnung 99 aufweist. Die innere Bohrung 9Db und die Stutzenöffnung 99 sind miteinander über eine Ventilscheibe 99S verbunden.
  • Das Auflager 94 ist so konstruiert, dass es eine Bohrung 94a, in der Federn 93 eingesetzt sind, um das stabförmige Teil 9A herunterzudrücken, und eine Bohrung 94b aufweist, in der das stabförmige Teil 9A so angeordnet ist, dass es in dessen oberen Teil vertikal beweglich ist, und das ziehend arbeitende Solenoid 91 über ein Halteglied 9F stützt.
  • Das Solenoid 91 ist so konstruiert, dass es das stabförmige Teil 9A über ein Gelenk 92 vertikal bewegt.
  • Das stabförmige Teil 9A ist so konstruiert, dass es einen an das Gelenk 92 angeschraubten oberen Teil Ende, das durch die Federn 93 nach unten gedrückt wird, einen mittleren Teil 9Aa, der sich gleitend vertikal in der Bohrung 94b bewegt wird, und ein unteres Ende mit dem Kolben 98 aufweist. Der Kolben 98 befindet sich in der Messeinheit 97 und weist einen von einer kugelförmigen Ventilscheibe 98a gebildeten unteren Endteil und einen von einer konischen Ventilscheibe 98b gebildeten oberen Endteil auf.
  • Die Messeinheit 97 und der Kolben 98 sind so konstruiert, dass sie (Kapazität der Messeinheit 97 – Kapazität des Kolbens 8 = Menge der zugeführten Kügelchen) erfüllen und eine vorgegebene Menge von Kügelchen in jedes der Röhrchen zuführen können.
  • Der kleine Kügelchen-Spender 9 mit dem vorhergehend beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt.
  • Im Stadium der 12 sind die aus der Kügelchen-Zufuhr-Bohrung 95 zugeführten Kügelchen im Schüttgutbehälter-Element 9B bereit, über die Innenwandoberfläche 96I der Ventilscheibe 96 in die Messeinheit 97 zu fließen. Zu diesem Zeitpunkt sind die Ventilscheiben 98a und 99S miteinander in Kontakt, so dass die Stutzenöffnung 99 geschlossen ist.
  • Die Kapazität der Kügelchen in der Messeinheit 97 im vorhergehend beschriebenen Stadium ist durch (Kapazität der Messeinheit 97 – Kapazität des Kolbens 8) gegeben und eine gegebene Menge von Kügelchen wird zurückbehalten.
  • Das Solenoid 91 wird dann angehoben. Der Kolben 98 bewegt sich nach oben, wobei er die Ventilscheiben 98a und 99S öffnet, während er die Ventilscheibe 98a und das Ventilscheiben-Element 96 miteinander in Kontakt bringt, so dass sie geschlossen werden. Demzufolge werden Kügelchen, die „Kapazität der Kügelchen = (Kapazität der Messeinheit 97 – Kapazität des Kolbens 8)" erfüllen, aus der Stutzenöffnung 99 in das Röhrchen zugeführt.
  • Anschließend wird das Solenoid in den Zustand der 12 gehoben, wodurch eine vorgegebene Menge von Kügelchen in die Messeinheit 97 fließen kann.
  • Das Kontrollmittel in Form der Kontrolleinheit 20 ist so konstruiert, dass sie der Kontrolle der Proben-Zufuhr, Messung, Bewertung, Proben-Förderung, dem Rütteln, der Trennung und dergleichen dient; dies dient der automatischen Durchführung einer Abfolge von Nukleinsäureextraktionsschritten mittels der vorstehenden Einheiten. Daher ist die Kontrolleinheit 20 so konstruiert, dass sie dem Extrahieren einer Nukleinsäure, indem das mit großen Partikel-Kügelchen und einer Probe gefüllte Röhrchen geschüttelt und in Bewegung gehalten wird, Abtrennen eines Nukleinsäure enthaltenden Materials, mittels des Zentrifugalabscheiders 5, Schütteln und Bewegen des mit dem Nukleinsäure-haltigen Material, Partikeln mit jeweils einem kleinen Partikeldurchmesser und der Probe versehenen Röhrchens um eine Zentrifugalabscheidung und dadurch das Zermalmen des Nukleinsäure-haltigen Materials zu bewirken.
  • Um diese Funktion durchzuführen, ist die Kontrolleinheit 20 über eine Signalleitung oder eine Steuerleitung jeweils mit dem Festpositionsstopp-Sensor 37 und dem Motor 3C des Rüttlers 3, dem Ausgangspositionssensor, dem 90°-Rotations-Positionssensor, und dem Festpositionsstopp-Motor 59 des Zentrifugalabscheiders 5, dem Sensor 8A und Motor 8C des großen Kügelchen-Spenders 8, dem Solenoid 91 des kleinen Kügelchen-Spenders 9, dem ersten bis dritten Arm 13, 14 und 15, dem Roboter 24A und dergleichen verbunden.
  • Die Kontrolleinheit 20 ist darüber hinaus so konstruiert, dass sie das Zermalmen des Nukleinsäure-haltigen Materials zum Abtrennen der Nukleinsäure, das Trocknen der abgetrennten Nukleinsäure unter Verwendung eines Alkohols (z. B. Ethylalkohol) und die Reinigung der getrockneten Nukleinsäure durch Gelfiltrationschromatographie steuert.
  • Der Betrieb der Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren 1 mit dem vorhergehend beschriebenen Aufbau wird mit Bezug auf ein Ablaufdiagramm einer automatischen Betriebsweise gemäß 13 bis 15 erläutert.
  • 13 zeigt einen Reinigungsschritt S1A für eine Probe. Der Schritt S1A ist der Schritt, in dem Kügelchen mit einem großen Durchmesser von 2 bis 3 mm in ein Röhrchen mit einer darin befindlichen Probe gefüllt werden, das gesamte Gemisch homogenisiert wird und beim Zermalmen eines Pilzkörpers durch Bewegen, Zentrifugalabscheidung und dergleichen eine Reinigung durchgeführt wird.
  • In Schritt S11 wird ein eine Probe (0,2 ml Probe) enthaltendes Röhrchen (2-ml-Röhrchen) bei 10A unter Verwendung des ersten Armes 13 hergestellt und unter Verwendung des zweiten Armes 14 zum Deckelaufsetzer 18 und dann zu dem Träger-Bestückungs-Element 28 befördert.
  • In Schritt S12 werden 1,0 ml eines PBS-Puffers aus der Flüssigkeits-Einspeise-Düse 11 in das Röhrchen eingespeist und große Kügelchen (im Bereich von 2 bis 3 mm) werden aus dem großen Kügelchen-Spender 9 zugeführt. In den folgenden Schritten wird das 2-ml-Röhrchen bis zum Ende von Schritt S26 verwendet.
  • In Schritt S13 wird das Röhrchen zum Deckelaufsetzer 18 mittels des zweiten Armes 14 befördert, wo es mit einem Deckel versehen wird.
  • In Schritt S14 wird das Röhrchen zu dem Rüttler 3 mittels des zweiten Armes 14 befördert, wo es hin- und herbewegt wird. Durch Schütteln des Röhrchens mit den darin befindlichen Kügelchen mit großem Durchmesser wird eine Homogenisierung erreicht, bei der die Probe gleichmäßig in einem Lösungsmittel in Schwebe gehalten wird.
  • In Schritt S15 wird das Röhrchen im Anschluss an das Schütteln mittels des zweiten Armes 14 zu der Kühlwanne 22 befördert, um eine Wärmeentwicklung auf Grund des Schüttelns zu unterdrücken und die Nukleinsäure zu schützen. Anschließend wird auf 4°C abgekühlt.
  • In Schritt S16 wird das gekühlte Röhrchen mittels des dritten Arms 15 zu dem Zentrifugalabscheider 5 befördert, wo die Zentrifugalabscheidung erfolgt. Vorliegend ist ein Teil einer für die Nukleinsäure-Extraktion unerheblichen Fremdsubstanz löslich im Gegensatz zu dem für die Nukleinsäure-Extraktion unerlässlichen Pilzkörper, so dass der lösliche Teil in Form eines Flüssigkeitsüberstandes in einem oberen Anteil des Lösungsmittels schwimmt.
  • In Schritt S17 wird das Röhrchen aus dem Zentrifugalabscheider 5 mittels des dritten Armes 15 entnommen, mittels des Deckelaufsetzers 18 vom Deckel befreit und zu dem Träger-Bestückungs-Element 28 befördert. Mittels des zweiten Armes 14 wird der Flüssigkeitsüberstand (1,0 ml) im Röhrchen abgesaugt und in die Abfallwanne 16 entleert. So wird nur der vorhergehend genannte Flüssigkeitsüberstand entfernt, der die Fremdsubstanz enthält, die von dem Pilzkörper verschieden und für die Nukleinsäure-Extraktion unerheblich ist.
  • In Schritt S18 wird eine Menge PBS-Puffer (1,0 ml), die der des im Schritt S17 verworfenen Flüssigkeitsüberstandes entspricht, über die Flüssigkeits-Einspeise-Düse 11 zugegeben.
  • In Schritt S19 werden die Schritte S13 bis S18 drei Mal wiederholt.
  • Obwohl die Schritte S13 bis S18 in dieser Ausführungsform drei Mal wiederholt werden, ist die Anzahl der Wiederholungen nicht beschränkt. Durch die Wiederholung wird die vom Pilzkörper (bzw. einer die Nukleinsäure-Extraktion betreffenden Substanz) verschiedene Substanz, d. h. für die Nukleinsäure-Extraktion unerhebliche Verunreinigungen, vollständig aus der Probe entfernt.
  • Wenn eine vorgegebene Anzahl Wiederholungen (es gibt Fälle, in denen keine Wiederholung durchgeführt wird) abgeschlossen ist, kommt das gesamte Verfahren zu Schritt S20 (Überleitungsschritt) und anschließend zu Schritt S21. Es folgen die Schritte zum Zermalmen des Pilzkörpers für die Nukleinsäure-Extraktion.
  • In Schritt S21 werden 0,3 ml eines Lyse-Puffers in das Röhrchen eingespeist, wobei eine andere Düse der Flüssigkeits-Einspeise-Düse 11 verwendet wird. Unter Verwendung wieder einer anderen Düse der Flüssigkeits-Einspeise-Düse werden 0,5 ml Phenol eingespeist. Zusätzlich werden kleine Kügelchen aus dem kleinen Kügelchen-Spender 9 zugeführt.
  • Dadurch kann der Pilzkörper, der für ein Zermalmen unter Verwendung der großen Kügelchen vergleichsweise zu klein war, erfolgreich durch die Verwendung der kleinen Kügelchen zermalmt werden. Es ist anzumerken, dass der Lyse-Puffer zum einfacheren Zermalmen des Pilzkörpers eingespeist wird.
  • In Schritt S22 wird das Röhrchen mittels des zweiten Arms 14 zum Deckelaufsetzer 18 befördert, wo es mit einem Deckel versehen wird.
  • In Schritt S23 wird das mit einem Deckel versehene Röhrchen mittels des zweiten Armes 14 zu dem Rüttler 3 befördert, wo es geschüttelt wird. Durch den Zusammenprall der Kügelchen mit kleinem Durchmesser mit den anderen Kügelchen mit großem oder kleinem Durchmesser wird der Pilzkörper zermalmt, so dass die Nukleinsäure freigesetzt wird. In Folge des Schüttelns entwickelt das Röhrchen Wärme.
  • In Schritt S14 wird das Röhrchen, das in Folge von Schritt S23 Wärme entwickelt hat, zum Schutz der Nukleinsäure mittels des zweiten Armes 14 zu der Kühlwanne 22 befördert, wo es auf 4°C gekühlt wird.
  • In Schritt S25 wird das gekühlte Röhrchen mittels des dritten Armes 15 in den Zentrifugalabscheider 5 eingesetzt und einer Zentrifugalabscheidung unterzogen. In diesem Fall ist die Nukleinsäure löslich (wasserlöslich), so dass sie als Überstand im oberen Bereich des Lösungsmittels schwimmt und so in einfacher Weise entfernt werden kann.
  • In Schritt S26 wird das Röhrchen mittels des dritten Armes 15 aus dem Zentrifugalabscheider 5 entnommen und zu dem Träger-Bestückungs-Element 28 befördert. Hier wird der Flüssigkeitsüberstand pipettiert und zu einer anderen Röhrchen-Halterung befördert. Anschließend wird die Nukleinsäure in den nachfolgenden Schritten aufbereitet.
  • Der im Röhrchen abgeschiedene flüssige Abfall wird zusammen mit dem Röhrchen in die Abfallwanne 16 verworfen.
  • In Schritt S27 wird der durch Pipettieren abgesaugte Flüssigkeitsüberstand in ein anderes, nicht gezeigtes Röhrchen eingespeist; zusätzlich wird ein Lösungsgemisch aus Phenol, Chloroform und Isoamylalkohol wird zusätzlich eingespeist. Das Röhrchen wird dann mittels des Rüttlers 3 ohne Zufuhr der Kügelchen (weder große noch kleine Kügelchen) geschüttelt, in der Kühlwanne 22 gekühlt und anschließend einer Zentrifugalabscheidung mittels des Zentrifugalabscheiders 5 unterzogen.
  • In diesem Schritt wird Protein denaturiert, nicht aber der Pilzkörper mit Hilfe der Kügelchen zermalmt. Das Röhrchen wird aus dem Zentrifugalabscheider entnommen und zu dem Träger-Bestückungs-Element 28 befördert, wo ein Flüssigkeitsüberstand pipettiert und in ein anderes 1,5-ml-Röhrchen (bzw. eine Halterung, in der ein Röhrchen eingesetzt ist) überführt wird. Dann wird in einem nachfolgenden Schritt ein alkoholischer Fällungsprozess durchgeführt. Das gesamte Verfahren kommt zu dem folgenden alkoholischen Fällungsschritt der 14.
  • 14 zeigt einen alkoholischen Fällungsschritt S2A im Anschluss an den oben beschriebenen Schritt S27, in dem die Nukleinsäure in Alkohol gefällt und extrahiert wird. Ein im Schritt S2A erhaltener Niederschlag umfasst die als Feststoff ausgefällte Nukleinsäure.
  • Schritt S31 zeigt das Stadium eines in Schritt S27 denaturierten Proteins. Im Folgenden wird ein Röhrchen mit 1,5-ml Durchmesser wie oben beschrieben verwendet.
  • In Schritt S32 werden 0,3 ml Isopropanol und 75 μl 1 N Natriumacetat am Träger-Bestückungs-Element 28 eingespeist. Durch die Verwendung von Isopropanol als Lösungsmittel kann die Nukleinsäure effizient gefällt werden.
  • Es ist zu bedenken, dass die einmal gefällte Nukleinsäure nicht mehr aufschwimmt, so dass Isopropanol nur im ersten Schritt und Ethanol im zweiten und in den folgenden Wiederholungsschritten verwendet wird, was später beschrieben wird. Ethanol kann einfach verdampft und die Nukleinsäure getrocknet werden.
  • In Schritt S33 wird das Röhrchen mittels des zweiten Armes 14 zum Deckelaufsetzer 18 befördert, wo es mit einem Deckel versehen wird.
  • In Schritt S34 wird das mit einem Deckel versehene Röhrchen mittels des zweiten Armes zu dem Rüttler 3 befördert, wo es geschüttelt wird.
  • In Schritt S35 wird das Röhrchen, dessen Inhalt durch das Schütteln homogenisiert worden ist, gekühlt und, zum Schutz der Nukleinsäure, nach dem Schütteln mittels des dritten Armes 15 zu der Kühlwanne 22 befördert, wo es auf 4°C abgekühlt wird.
  • In Schritt S36 wird das gekühlte Röhrchen mittels des dritten Armes 15 zu dem Zentrifugalabscheider 5 befördert, dort eingesetzt und einer Zentrifugalabscheidung unterzogen. In Verbindung mit dem Schütteln in Schritt S35 sorgt die Zentrifugalabscheidung für ausreichenden Kontakt zwischen der Nukleinsäure und dem Isopropanol, so dass eine bestimmte Reaktion stattfindet.
  • In Schritt S37 wird das Röhrchen mitttels des dritten Armes 15 aus dem Zentrifugalabscheider entnommen, mittels des Deckelaufsetzers 18 vom Deckel befreit und zu dem Träger-Bestückungs-Element 28 befördert. Hier ist die Nukleinsäure unter der Einwirkung von Isopropanol ausgefällt worden, so dass sich keine Nukleinsäure mehr im Flüssigkeitsüberstand befin det. Anschließend wird der Flüssigkeitsüberstand im Röhrchen mittels des zweiten Armes 14 abgesaugt (900 μl) und in die Abfallwanne 22 entleert. Das gesamte Verfahren kommt dann zu Schritt S37A.
  • In Schritt S37A wird dem Röhrchen 70%-iges Ethanol (900 μl) zugesetzt, und die Schritte S33 bis S37 werden wiederholt. Im Gegensatz zu Ethanol, das sich leicht verdampfen und trocknen lässt, kann mit Isopropanol die Nukleinsäure einfach ausgefällt werden. Es ist zu bedenken, dass die einmal ausgefällte Nukleinsäure nicht wieder aufschwimmt, so dass Isopropanol nur im Anfangsstadium des Schrittes S32 und 70%-iges Ethanol im Stadium des Schrittes S37A verwendet wird.
  • Anschließend kommt das gesamte Verfahren zu Schritt S38.
  • In Schritt S38 wird das Röhrchen, aus dem der Flüssigkeitsüberstand verworfen wurde, mittels des zweiten Armes 14 zu dem Trockner 24 befördert, wo es 30 Minuten oder länger bei 60°C getrocknet wird.
  • In Schritt S39 werden 100 μl eines TE-Puffers (10 mM Tris-HCL, 1 mM EDTA, pH 8,0) zugesetzt.
  • Dann kommt das gesamte Verfahren zu einem Reinigungsschritt S3A, der sich der Filtration gemäß 15 bedient.
  • Die dem Schritt S51 nachfolgenden Schritte werden mittels Gelfiltrationschromatographie durchgeführt. Da eine Nukleinsäure großen Molekülen entspricht, bewegt sie sich mit einer hohen Geschwindigkeit.
  • In Schritt S51 wird das Ergebnis von Schritt S39 mittels des zweiten Armes 14 direkt pipettiert. Alternativ kann anstelle des Pipettierens auch Schütteln, Zentrifugalabscheidung und Einspeisen der Nukleinsäure in den folgenden Schritten S40 bis S40 erfolgen. Die Bezugsziffern der zu verwendenden Arme werden weggelassen.
  • In Schritt S40 wird ein Deckel mittels des Deckelaufsetzers 18 aufgesetzt.
  • In Schritt S41 wird mittels des Rüttlers 3 geschüttelt.
  • In Schritt S42 wird in den Zentrifugalabscheider 5 eingesetzt.
  • In Schritt S43 wird die Zentrifugalabscheidung durchgeführt.
  • In Schritt S44 wird der Deckel entfernt, und es wird pipettiert, so dass die Nukleinsäure zu Schritt S51 überführt wird.
  • Die Schritte S47 bis S49 werden vor dem Schritt S51 durchgeführt, wobei eine Gelfiltrationssäule (oder eine Spin-Säule) im Stadium des Schrittes S51 eingebracht wird.
  • In Schritt S47 werden ein Puffer und ein poröser Füllstoff in die Spin-Säule gefüllt. Im Handel erhältliche Produkte können entsprechend verwendet werden.
  • In Schritt S48 wird die Zentrifugalabscheidung unter Verwendung des Zentrifugalabscheiders 5 durchgeführt, um den Puffer und den Füllstoff in untere bzw. obere Bereiche aufzutrennen.
  • In Schritt S49 wird eine Spin-Säule bewegt und befestigt. Dann kommt das gesamte Verfahren zu Schritt S51 als Gelfiltrationsschritt.
  • In Schritt S52 wird die Nukleinsäure mittels des Zentrifugalabscheiders 5 in den unteren Bereich getrennt. Da die Nukleinsäure großen Molekülen entspricht, bewegt sie sich mit einer so hohen Geschwindigkeit, dass sie leicht den unteren Bereich erreicht. Da sich die anderen Moleküle in Kanälen im Füllstoff bewegen, benötigen sie für die Bewegung lange, so dass es ihnen schwerfällt, den unteren Bereich zu erreichen.
  • In Schritt S53 wird die Spin-Säule, in der sich „die anderen kleinen Moleküle" befinden, entfernt und in die Abfallwanne 16 verworfen. Im unteren Bereich liegt die Nukleinsäure in einem extrahierten Zustand vor.
  • In Schritt S54 wird das Röhrchen mit einem Deckel versehen.
  • In Schritt S55 wird das Röhrchen zu einer bestimmten Halterung befördert und in einer festgelegten Anordnung platziert, wodurch die Abfolge der Arbeitsgänge abgeschlossen ist.
  • Als nächstes wird eine Beschreibung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den 16 bis 22 gegeben.
  • Während die Röhrchen in der ersten Ausführungsform gemäß 1 bis 15 grundsätzlich eines nach dem anderen bearbeitet werden, werden in der zweiten Ausführungsform gemäß 16 bis 22 mehrere Röhrchen (gemäß 16 bis 22 sind es vier) gleichzeitig bearbeitet.
  • Zuerst wird ein Aufbau der zweiten Ausführungsform an Hand der 16 beschrieben.
  • In 16 ist eine vollständige Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren gemäß der zweiten Ausführungsform mit der Bezugsziffer 1A bezeichnet.
  • Im mittleren Bereich der Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren 1A ist ein Arbeitstisch 100 angeordnet. Die Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren 1A ist so konstruiert, dass sich Halterungen 102 über den Arbeitstisch 100 bewegen. Jede diese Halterungen 102 weist vier Abschnitte 102A bis 102D auf, und vier Röhrchen (in 16 nicht dargestellt) befinden sich in jedem der vier Abschnitte 102A bis 102D.
  • Die Halterungen 102 sind so konstruiert, dass sie sich unter Verwendung eines XYZ-Roboters 104 über den Arbeitstisch 100 bewegen.
  • In dem in 16 dargestellten Zustand sind ein Deckelaufsetzer 106, eine Kolbenpumpe 108, eine separate Einspritzdüse 110 (die der Flüssigchemikalien-Dosiereinrichtung in Form der Flüssigkeits-Einspeise-Düse 11 in der ersten Ausführungsform entspricht), ein großer Kügelchen-Spender 112 und ein kleiner Kügelchen-Spender 114 etwas abseits des Arbeitstisches 100 angeordnet.
  • In der ersten Ausführungsform gemäß 1 bis 15 sind diese Einrichtungen ortsfest, und das durch den Arm oder Roboter gehaltene Röhrchen bewegt sich zu der Position jeder dieser Einrichtungen in der oben beschriebenen Weise. In der in den 16 bis 22 dargestellten zweiten Ausführungsform bewegen sich die vorhergehend beschriebenen Einrichtungen dagegen (der Deckelaufsetzer 106, die Kolbenpumpe 108, die separate Einspritzpumpe 110, der große Kügelchenspender 112 und der kleine Kügelchenspender 114) in Positionen in der Nähe des Arbeitstisches 100 und führen bezüglich der Röhrchen in der Halterung 102 notwendige Arbeitsvorgänge durch.
  • Darüber hinaus sind der Deckelaufsetzer 106, die Kolbenpumpe 108, die separate Einspritzpumpe 110, der große Kügelchenspender 112 und der kleine Kügelchenspender 114 so konstruiert, dass sie in der Lage sind, die vier Röhrchen gleichzeitig, wie oben beschrieben, zu bearbeiten.
  • Was die übrige Anordnung und das Betriebs-/Arbeits-Ergebnis betrifft, so sind sie die gleichen wie in der ersten Ausführungsform gemäß 1 bis 15.
  • Was einen genauen Aufbau des Deckelaufsetzers 106 angeht, so wird er später an Hand der 17 und 18 erläutert.
  • In 16 weist die Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren 1A einen Trockner 116 neben dem Arbeitstisch 100 auf. Ein Zentrifugalabscheider 118 ist neben dem Trockner 116 angeordnet.
  • Der Zentrifugalabscheider 118 weist einen Aufbau ähnlich dem des in der ersten Ausführungsform gemäß 1 bis 15 eingesetzten Zentrifugalabscheiders 5 auf. Im Gegensatz zu den vier Behältnissen des Zentrifugalabscheiders 5 der ersten Ausführungsform, die vier Röhrchen eins nach dem anderen aufnehmen, nehmen die vier, in den 16 bis 22 dargestellten Behältnisse 118-1 bis 118-4 des Zentrifugalabscheiders 118 nacheinander die entsprechenden Abschnitte 102A bis 102D der Proben-Halterung 102 auf. Mit anderen Worten ist der Zentrifugalabscheider 118 so konstruiert, dass in jedem der vier Behältnisse 118-1 bis 118-4 jeweils vier Röhrchen aufgenommen werden.
  • Der Zentrifugalabscheider 118 weist eine Kühlfunktion auf, um im Innern (zumindest innerhalb der Behältnisse 118-1 bis 118-4) eine niedrige Temperatur (z. B. 4°C) aufrecht zu erhalten, obgleich diese nicht explizit gezeigt ist. Eine solche Kühlfunktion kann unter Verwendung im Handel erhältlicher Einrichtungen umgesetzt werden.
  • Eine Deckelhalterung 120 grenzt an den Trockner 116
  • Ein Gefäß 122 (das der Abfallwanne 16 entspricht) zur Entsorgung eines flüssigen Abfalls bzw. einer verworfenen Pipettenspitze (die Pipettenspitze wird später an Hand der 21 erläutert) ist in der Kolbenpumpe 108 näher am Arbeitstisch 100 angeordnet.
  • Das Gefäß zur Entsorgung der Röhrchen ist mit der Bezugsziffer 124 in 16 bezeichnet. Ein Gefäß zur Aufnahme von Behältnissen 126 zum Aufnehmen gebrauchter Behältnisse ist neben dem Gefäß 124 angeordnet. Ein Rüttler 128 ist neben den Gefäßen 124 und 126 angeordnet. Die Anordnung und das Betriebs-/Arbeits-Ergebnis des Rüttlers 128 sind die gleichen wie die des in der ersten Ausführungsform gemäß 1 bis 15 eingesetzten Rüttlers 3, mit der Ausnahme, dass er vier Röhrchen gleichzeitig schüttelt.
  • In 16 bezeichnet die Bezugsziffer 130 eine Spritzenpumpe, die Bezugsziffer 132 bezeichnet eine Flaschenhalterung zur Dosierung verschiedener Chemikalien, die Bezugsziffer 134 bezeichnet einen Bereich, in dem eine Pipettenspitze (die später an Hand der 21 erläutert wird) abgelegt wird, die Bezugsziffer 136 bezeichnet Behältnisse für Röhrchen, die für das Einbringen von vier Röhrchen in jeden der Abschnitte 102A bis 102D der Halterung 102 vorgesehen sind, und die Bezugsziffer 138 bezeichnet einen Tisch, auf dem die Pipettenspitzen-Ablagefläche 134 und die Behältnisse 136 ... untergebracht sind.
  • Bezug nehmend auf 17 und 18 wird als nächstes der Aufbau des Deckelaufsetzers 106 ausführlich beschrieben.
  • Der in den Zeichnungen dargestellte Deckelaufsetzer 106 dient dazu, den Arbeitsvorgang des Aufsetzens bzw. Entfernen eines Deckels (Kappe) gleichzeitig an vier Röhrchen durchzuführen.
  • In 17 und 18 weist der Deckelaufsetzer 106 vier Spannfutter 106-1 ... auf, und jedes der Spannfutter 106-1 greift in einen in den Zeichnungen nicht dargestellten Deckel ein, um diesen zu halten. Es ist anzumerken, dass zur vereinfachten Darstellung nur zwei der Spannfutter 106-1 in 17 dargestellt sind.
  • Motoren 106-M für die Normal-/entgegengesetzte Drehung der entsprechenden Spannfutter 106-1 ... sind von oberhalb der Spannfutter 106-1 ... in leicht seitlicher Richtung versetzt angeordnet.
  • Wie in 17 dargestellt, sind die Getriebe 160-MG an den entsprechenden Drehachsen 106-MS der Motoren 106-M befestigt. Die Getriebe 106-MG sind mit den Getrieben 106-1G verrastet, so dass sie die Drehungen der Motoren 106-M über die entsprechenden Achsen 106-1S der Spannfutter, an denen die Getriebe 106-1G befestigt sind, auf die Spannfutter 106-1 übertragen.
  • Wie in 18 dargestellt, ist kein ausreichender Platz vorhanden, um die vier Motoren 106-M ... unmittelbar über den vier Spannfuttern 106-1 ... anordnen zu können. Aus diesem Grund sind die Motoren 106-M von direkt oberhalb der entsprechenden Spannfutter 106-1 in leicht seitlicher Richtung versetzt angeordnet, wobei die an den entsprechenden Achsen 106-1S der Spannfutter angeordneten Getriebe 106-1G mit den an den Drehachsen 106-MS der Motoren befestigten Getrieben 106-MG verrastet sind.
  • Zylinder 106-S sind in den Zentren der Motoren 106-M angeordnet. Die Zylinder 106-S bewegen Bauteile 106-2 zur Expansion/Kontraktion der an den Gestängen 106-R befestigten (Spannfutter 106-1) in vertikaler Richtung, indem sie die Gestänge 106-R in vertikaler Richtung bewegen, wodurch die Spannfutter 106-1 zusammengezogen werden (wenn sich die Bauteile 106-2 abwärts bewegen) oder auseinandergezogen werden (wenn sich die Bauteile 106-2 aufwärts bewegen).
  • Wenn sich die Gestänge 106-R abwärts bewegen und dabei die Bauteile 106-2 zur Expansion/Kontraktion absenken, kommen die Stirnseiten 106-2E der Bauteile 106-2 mit den konischen Flächen 106-1T der Spannfutter 106-1 in Kontakt und üben dabei Druck auf die konischen Flächen 106-1T aus. Dadurch ziehen sich die Enden 106-1E der Spannfutter 106-1 zusammen.
  • Wenn die Bauteile 106-2 durch das Anheben der Gestänge 106-R nach oben bewegt werden, lässt der Druck durch die Stirnseiten 106-2E der Bauteile 106-2 auf die konischen Flächen 106-1T der Spannfutter 106-1 nach, so dass sich die Enden 106-1E der Spannfutter 106-1 vom zusammengezogenen Zustand in den Zustand vor dem Zusammenziehen aufweiten.
  • Auflager 106-3 sind auf den Bauteilen 106-2 angeordnet und stützen verschiebbar die Achsen 106-1S der Spannfutter 106-1. Unter der Einwirkung solcher Auflager 106-3 behindern die durch die Motoren 106-M hervorgerufenen Drehbewegungen der Spannfutter 106-1 in keiner Weise die Zylinder 106-S, und die durch die Zylinder 106-S hervorgerufene Kontraktion/Expansion der Spannfutter 106-1 behindert die Übersetzung der Drehbewegungen der Motoren 106-M nicht.
  • Eine Ausführungsform, in der der Deckelaufsetzer 106 Röhrchen mit Deckeln versieht und Deckel davon entfernt, wird vor allem an Hand von 17 erläutert.
  • Wenn die Deckel von den nicht dargestellten Röhrchen entfernt werden, werden die Gestänge 106-R und die Bauteile 106-2 unter Verwendung der Zylinder 106-S herunter gelassen, so dass die Stirnseiten 106-2E der Bauteile 106-2 Druck auf die konischen Flächen 106-1T der Spannfutter 106-1 ausüben, wodurch sich die Spannfutter 106-1 zusammenziehen und so die nicht dargestellten Deckel halten und fixieren. In diesem Zustand werden die Motoren 106-M gedreht, wobei die Spannfutter 106-1 in Öffnungsrichtung der Deckel gedreht und dadurch die Deckel von den Röhrchen entfernt werden.
  • Wenn die Röhrchen mit Deckeln versehen werden, werden die die Deckel haltenden Spannfutter auf die Röhrchen ausgerichtet, so dass die Deckel auf den Enden der Röhrchen platziert werden. Wenn die Motoren in diesem Zustand gedreht werden, so dass die Deckel in ihrer Verschlussrichtung gedreht werden, so werden die Deckel auf die Röhrchen geschraubt. Werden die Bauteile 106-2 unter Verwendung der Zylinder 106-S in diesem Zustand angehoben, so weiten sich die Spannfutter auf und lösen sich von den Deckeln.
  • Wie oben erläutert, ist der ausführliche Teil des Ablaufs in der zweiten Ausführungsform gemäß 16 bis 22 der gleiche wie in der ersten Ausführungsform, allerdings unterscheidet sich die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform dadurch, dass im Fall von 16 bis 22 vier Röhrchen gleichzeitig bearbeitet werden. Zusätzlich unterscheidet sich die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Deckelaufset zer 106, die Kolbenpumpe 108, die separate Einspritzdüse 110, der große Partikelspender 112 und der kleine Partikelspender 114 sich in Positionen in der Nähe des Arbeitstisches 100 bewegen, notwendige Bearbeitungen an den Röhrchen in der Halterung 102 ausführen, sich vom Arbeitstisch 100 nach der Bearbeitung entfernen und sich auf ihre in 16 gezeigten Ausgangspositionen zurück begeben.
  • Bei dem Arbeitsgang bzw. der Bearbeitung nach der zweiten Ausführungsform gemäß 16 bis 22 werden vier Röhrchen gleichzeitig bearbeitet und die im Zentrifugalabscheider 118 befindlichen Röhrchen werden in eine Umgebung mit niedriger Temperatur eingebracht, wie zuvor dargelegt. Folglich sind die Schritte „Abkühlen des Röhrchens auf 4°C" und dessen Aufbewahrung in einer Halterung nach der ersten Ausführungsform gemäß 1 bis 15, insbesondere Schritte S15 und S24 gemäß 13 und Schritt S35 gemäß 14, nach der zweiten Ausführungsform gemäß 16 bis 22 nicht erforderlich.
  • Als nächstes wird hauptsächlich das Stadium, in dem sich die vorhergehend aufgeführten Einrichtungen dem Arbeitstisch 100 nähern und sich davon entfernen, an Hand der 19 bis 22 erläutert.
  • In 19 hat sich als erstes die Proben-Halterung 102 von dem Zustand in 16 in der Zeichnung nach links bewegt und eine dem Deckelaufsetzer 106 entsprechende Position erreicht.
  • Der Deckelaufsetzer 106 bewegt sich in eine Position über dem Arbeitstisch 100 und entfernt gleichzeitig vier (nicht dargestellte) Deckel, die sich in den einzelnen Abschnitten 102A bis 102D der Proben-Halterung 102 befinden.
  • Die Proben-Halterung 102 wird in der Zeichnung um eine der Länge des Abschnitts entsprechende Strecke nach rechts bewegt, und der Deckelaufsetzer 106 entfernt abschnittweise gleichzeitig die Deckel von den vier Röhrchen in jedem der Abschnitte 102A, 1028, 102C und 102D in dieser Reihenfolge. In 19 ist ein Zustand dargestellt, in dem der Deckelaufsetzer 106 die vier Deckel aus dem Abschnitt 102B entfernt.
  • Das in 19 dargestellte Verfahren entspricht dem Schritt S12 der 13 nach der ersten Ausführungsform gemäß 1 bis 15.
  • Wenn auch die Röhrchen mit Deckeln versehen werden (entsprechend Schritt S13 gemäß 13), bewegt sich der Deckelaufsetzer 106 direkt über den Arbeitstisch 100, und die Proben-Halterung 102 wird an einer entsprechenden Stelle platziert, wie in 19 dargestellt.
  • Der in 19 gezeigte Zustand, d. h. der Zustand, in dem die Deckel mittels des Deckelaufsetzers 106 von den vier Röhrchen entfernt werden, führt zu dem in 20 gezeigten Zustand.
  • In 20 ist die Proben-Halterung 102 zu der Stelle bewegt worden, die mit der separaten Einspritzdüse 110 übereinstimmt, und die separate Einspritzdüse 110 befindet in unmittelbarer Nähe zu der Position unmittelbar über dem Arbeitstisch 100. Unter Verwendung der separaten Einspritzdüse 110 wird eine spezielle Chemikalie in die vier Röhrchen, die sich in jedem der Abschnitte der Halterung für die Probenkörper 102 befinden, eingespeist.
  • In der ersten Ausführungsform gemäß 1 bis 15 entspricht der Arbeitsvorgang, bei dem 1,0 ml des PBS-Puffers in Schritt S12 gemäß 13 eingespeist wird, dem Stadium gemäß 20. Andernfalls entspricht der Arbeitsvorgang, der den Schritten S18, S21 und S27 gemäß 13 und Schritten S32, S37A, S39 und dergleichen gemäß 14 entspricht, dem Stadium gemäß 20 in der zweiten Ausführungsform gemäß 16 bis 22.
  • Auch in der zweiten Ausführungsform gemäß 16 bis 22 werden große Kügelchen (z. B. Kügelchen mit einem Partikeldurchmesser von 2 mm bis 3 mm) oder kleine Kügelchen (Kügelchen mit einem Partikeldurchmesser von 0,1 mm) in der gleichen Weise wie in dem Zuführvorgang für große Kügelchen (Schritt S12) oder in dem Zuführvorgang für kleine Kügelchen (Schritt S21) gemäß 13 der ersten Ausführungsform in die Röhrchen zugeführt, obwohl sie in den Zeichnungen nicht dargestellt sind. In diesem Fall bewegt sich der große Kügelchen-Spender 112 oder der kleine Kügelchen-Spender 114 zu der Stelle unmittelbar über jedem der Abschnitte 102A bis 102D der Proben-Halterung 102, so dass die relativen Positionen der Proben-Halterung 102, der Kügelchen-Spender 112 bzw. 114 und der separaten Einspritzdüse 110 den in 20 gezeigten Positionen ähnlich sind.
  • Damit ein Überstand in jedem der Röhrchen mit Hilfe der Kolbenpumpe 108 abgesaugt und verworfen werden kann, wie in Schritten S17 gemäß 13 in der zweiten Ausführungsform gemäß 16 bis 22, ist es notwendig, vorab Pipettenspitzen (abgelegt auf einer Pipettenspitzen-Ablagefläche 134 des Tisches 138: siehe 16) auf die Spitzen der Kolbenpumpe 108 zu setzen.
  • 21 zeigt einen solchen Arbeitsvorgang. In der Zeichnung bewegt sich der Tisch 138 in eine Position rechts von der in 16 gezeigten Position, wobei er die Pipettenspitzen-Ablagefläche 134 in eine der Kolbenpumpe 108 entsprechende Position bewegt. Wenn die Kolbenpumpe 108 in eine Position unmittelbar über der Pipettenspitzen-Ablagefläche 134 bewegt, ist der in 21 dargestellte Zustand erreicht.
  • In dem in 21 dargestellten Stadium werden an den vier einzelnen Spitzen der Kolbenpumpe 108 einzeln Pipettenspitzen aufgesetzt, obgleich sie nicht deutlich gezeigt werden.
  • Das Anbringen der Pipettenspitzen an den Spitzen der Kolbenpumpe 108 sorgt für einen Zustand, in dem der Überstand aus den Röhrchen abgesaugt werden kann, so dass die Kolbenpumpe 108 in die Position unmittelbar über der Proben-Halterung 102 bewegt wird indem die Proben-Halterung 102 bewegt wird, wie in 22 gezeigt.
  • 22 zeigt den Zustand, in dem der Überstand in jedem der vier, in Abschnitt 102C der Proben-Halterung 102 befindlichen Röhrchen, die nicht dargestellt sind, unter Verwendung der Kolbenpumpe 108 abgesaugt wird. Der in 22 gezeigte Zustand entspricht z. B. den Arbeitsvorgängen der Schritte S17 und S26 gemäß 13 und Schritt S37 gemäß 14.
  • Der im in 22 gezeigten Stadium abgesaugte Überstand wird zusammen mit den nicht dargestellten Pipettenspitzen in das Gefäß 122 (zur Entsorgung des flüssigen Abfalls und der verworfenen Pipettenspitzen) entleert, obwohl dies nicht dargestellt ist.
  • In der zweiten Ausführungsform gemäß 16 bis 22 werden die zeitliche Koordinierung der Bewegung der Proben-Halterung 102 über den Arbeitstisch 100 mit den Bewegungen der einzelnen Einrichtungen (des Deckelaufsetzers 106, der Kolbenpumpe 108, der separaten Einspritzdüse 110, dem großen Partikel-Spender 112 und dem kleinen Partikel-Spender 114) und die Ausrichtung der Proben-Halterung 102 mit den einzelnen Einrichtungen auf der Basis von Erkennungssignalen von verschiedenen Positionserkennungssensoren oder durch die Bestimmung eines Taktes im Einklang mit einem Taktsignal durchgeführt.
  • Es ist allerdings auch möglich, eine solche Takt-Bestimmung und Ausrichtung mit Hilfe anderer bekannter Methoden durchzuführen.
  • Es ist anzumerken, dass die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen und die vorhergehende Beschreibung den technischen Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht einschränken soll.
  • Beispielsweise ist die Anzahl der gleichzeitig bearbeiteten Röhrchen – obwohl die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen die Bauweise, bei der Röhrchen einzeln nacheinander bearbeitet werden (1 bis 15), und die Bauweise erläutern, bei der vier Röhrchen gleichzeitig bearbeitet werden (16 bis 22) – nicht darauf beschränkt.
  • ERGEBNIS DER ERFINDUNG
  • Der Arbeitsablauf bzw. das Arbeitsergebnis der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden aufgelistet.
    • (1) Erfindungsgemäß werden ein Rüttler, ein Zentrifugalabscheider, Partikel-Spender, eine Flüssigchemikalien-Dosiervorrichtung, ein Arm zum Befördern von Röhrchen und ein Kontrollmittel zum Steuern dieser Einheiten, so dass eine Nukleinsäure automatisch extrahiert wird, als eine Einheit gestaltet, damit sie eine automatische Steuerung zulassen. Dadurch wird eine Maßstabsverkleinerung erleichtert und eine kurzzeitige und verlässliche Extraktion der Nukleinsäure auch aus einer Probe, die gemeinhin als schwierig zu extrahieren erachtet wird, ermöglicht.
    • (2) Da das erfindungsgemäße Kontrollmittel die Extraktion der Nukleinsäure dadurch durchführt, dass Partikel (Kügelchen) mit großem Durchmesser und eine Probe in ein Röhrchen eingebracht werden, das Röhrchen geschüttelt und einer Zentrifugalabscheidung unterzogen wird, um einen die Nukleinsäure enthaltenden Pilzkörper abzutrennen, der abgetrennte Pilzkörper zusammen mit Partikeln mit kleinem Durchmesser geschüttelt und der Pilzkörper durch die Zentrifugalabscheidung zermalmt wird, können innerhalb kurzer Zeit Verunreinigungen verlässlich entfernt und präzise nur die Nukleinsäure extrahiert werden.
    • (3) Da das erfindungsgemäße Kontrollmittel die Nukleinsäure durch Zermalmen des Nukleinsäure-haltigen Materials abtrennt, die abgetrennte Nukleinsäure unter Verwendung eines Alkohols trocknet und die getrocknete Nukleinsäure durch Gelfiltrationschromatographie reinigt, wird die Nukleinsäure durch die Verdampfung des Alkohols schnell getrocknet und die Bewegungsgeschwindigkeit der Nukleinsäure wird durch die Gelfiltrationschromatographie gesteigert, wodurch eine Verringerung der für die Nukleinsäure-Extraktion benötigte Zeit erreicht wird.
    • (4) Da die Dosiervorrichtung für die Partikel (Kügelchen) mit großem Durchmesser in einer Partikel-Vorratseinheit (Schüttgutbehälter) angeordnete Mittel zum Bewegen der Partikeln aufweist, können die Partikel (Kügelchen) mit großem Durchmesser in einen Versorgungsweg fallen, ohne dass sie eine Blockierung in einer Rinne im Spender verursachen.
    • (5) In der Dosiervorrichtung für Partikel (Kügelchen) mit kleinem Durchmesser sind eine Partikel-Vorratseinheit (Schüttgutbehälter) und eine Messeinheit in berührender Verbindung angeordnet, und das Fließen der Partikel mit kleinem Durchmesser in die Messeinheit sowie deren Fließen und Zuführung aus der Messeinheit nach außen erfolgen gleichzeitig durch eine einzelne Aufwärts- und Abwärts-Bewegung eines Ventils, das die präzise Messung sowie das Fließen und die Zuführung der Partikel mit kleinem Durchmesser sicherstellt.

Claims (4)

  1. Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren (1, 1A), umfassend: einen Rüttler (3, 128); einen Zentrifugalabscheider (5, 118); einen Spender (8, 112) für große Kügelchen und einen weiteren Spender (9, 114) für kleine Kügelchen; eine Flüssigchemikalien-Dosiervorrichtung (11, 110) zur Einspeisung einer flüssigen Chemikalie; einen Arm (13, 14, 15) für den Transport einer Probe oder eines Röhrchens (52), welches die Probe enthält; sowie Kontrollmittel, wobei das Kontrollmittel so konstruiert ist, dass es einen Kontrollvorgang für das Rütteln des Röhrchens (52), welches mit den Teilchen mit einem jeweils großen Teilchendurchmesser und der Probe befüllt sind, das Einbringen des Röhrchens in den Zentrifugalabscheider (5, 118) zur Abtrennung eines eine Nukleinsäure enthaltenden Materials aus der Probe, das Rütteln des Röhrchens (52), welches das die Nukleinsäure enthaltende abgetrennte Material und Partikel mit einem jeweils kleinen Teilchendurchmesser enthält, sowie das Einbringen des Röhrchens in den Zentrifugalabscheider (5, 118) zum Zermalmen des die Nukleinsäure enthaltenden Materials und Extrahieren der Nukleinsäure, durchführen, wobei der Spender für die großen Kügelchen ein rotierendes Teil (85) mit einer Aussparung (85H), deren Füllmenge der Menge der zugeführten Partikel entspricht und die in Richtung eines Versorgungswegs (88H) angeordnet ist, wobei der Versorgungsweg (88H) sich in vertikaler Richtung erstreckt und mit einer Passage (82H) unterhalb einer Vorratseinheit (82) für die Speicherung der zu spendenden Partikel verbunden ist, wobei ein Mittel (83, 84) zur Bewegung der Partikel rotierbar in der Vorratseinheit (82) angeordnet ist; und wobei der Spender für die kleinen Kügelchen eine Messeinheit (97) zur Messung der Menge der gespendeten Partikel aufweist, wobei eine Spendereinheit (99) unterhalb der Messeinheit (97) bereit gestellt wird, eine Partikelvorratseinheit (95) oberhalb der Messeinheit (97) bereit gestellt wird, und eine scheibenförmige Einheit (96) an der Grenze zwischen der Partikelvorratseinheit (95) und der Messeinheit (97) angeordnet ist, ein vertikal bewegliches Ventil (98) vorgesehen ist, welches die scheibenförmige Einheit (96) öffnet und den Einlass (99S) zur Spendereinheit schließt, wenn es sich nach unten bewegt, und die scheibenförmige Einheit (96) verschließt und den Einlass (99S) der Spendereinheit öffnet, wenn es sich nach oben bewegt, sowie Mittel (91, 92, 93) für die vertikale Bewegung des Ventils (98) aufweist.
  2. Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren gemäß Anspruch 1, wobei das Kontrollmittel so konstruiert ist, dass es einen Kontrollvorgang für die Abtrennung der Nukleinsäure durch Zermalmen des Materials, welches die Nukleinsäure enthält, für die Gewinnung der abgetrennten Nukleinsäure, und für die Reinigung der abgetrennten Nukleinsäure durch Gelfiltrationschromatographie durchführt.
  3. Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Zentrifugalabscheider ein Bauteil (5A) zur Anzeige einer Halteposition aufweist, das entsprechend einem Mittel (56) zur Erkennung eines Bauteils zur Anzeige einer bestimmten Halteposition angeordnet ist, um zu erkennen, ob das Bauteil zur Anzeige einer Halteposition sich in der bestimmten Position befindet, Antriebsmittel (59) zur Bewegung des Bauteils zur Anzeige einer Halteposition zu der Halteposition, wenn das Bauteil zur Anzeige einer Halteposition nicht an der bestimmten Position anhält, sowie eine Vorrichtung zur Rotationstransmission (58, 5K, 51).
  4. Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren gemäß Anspruch 1, die eine Einheit (106) zur Befestigung/Entfernung von Deckeln aufweist, um einen Deckel an jedem von mehreren Röhrchen (52) zu befestigen und zu entfernen; sowie einen Arbeitstisch (100), wobei Proben oder mehrere Röhrchen (52), welche die Proben enthalten, in bestimmten Bereichen (102A bis 102D) eines die Röhrchen enthaltenden Bauteils (102) angeordnet sind, wobei das die Röhrchen enthaltende Bauteil (102) durch Mittel zum Bewegen (104) auf dem Arbeitstisch (100) bewegt werden kann, wobei der Rüttler (128), der Zentrifugalabscheider (118), die Vorrichtung (112, 114) zur Einspeisung der Partikel, die Vorrichtung (110) zur Einspeisung von Flüssigchemikalien, sowie die Einheit zur Befestigung/Entfernung von Deckeln (106) so konstruiert sind, dass sie zur gleichzeitigen Bearbeitung einer Vielzahl von Röhrchen in der Lage sind, wobei die Spendervorrichtung für die Partikel (112, 114), die Einspeisungsvorrichtung (110) für Flüssigchemikalien, sowie die Einheit zur Befestigung/Entfernung von Deckeln (106) so konstruiert sind, dass sie zwischen einer Position unmittelbar oberhalb des Arbeitstischs (100), wenn an dem Röhrchen in dem Röhrchen enthaltenden Bauteil der erforderliche Prozessschritt durchgeführt wird, und einer von dem Arbeitstisch (100) beabstandeten Position bewegt werden können, wobei die Vorrichtung zur Extraktion von Nukleinsäuren Kontrollmittel enthält, wobei dieses Kontrollmittel so konstruiert ist, dass es einen Kontrollvorgang für das Rütteln der Röhrchen (52), welche mit den Teilchen mit jeweils einem großen Teilchendurchmesser und den Proben gefüllt sind, das Einbringen der Röhrchen in den Zentrifugalabscheider (118) zur Abtrennung des die Nukleinsäure enthaltenden Materials aus jeder der Proben, das Rütteln der Röhrchen (52), welche mit dem die Nukleinsäure enthaltenden, abgetrennten Material und Teilchen mit jeweils einem kleinen Teilchendurchmesser befüllt sind, und das Einbringen der Röhrchen in den Zentrifugalabscheider (118) zum Zermalmen des die Nukleinsäure enthaltenden Materials und die Extraktion der Nukleinsäure, durchführt.
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