DE68904370T2

DE68904370T2 - Vorrichtung fuer biologische analysen mittels enzymimmun-test von antikoerpern oder antigenen in einem serum.

Info

Publication number: DE68904370T2
Application number: DE8989113559T
Authority: DE
Inventors: Jean Guigan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-07-28
Filing date: 1989-07-24
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2009-07-25
Also published as: CN1039898A; ES2038381T3; FR2634892B1; FR2634892A1; US5061446A; GR3007378T3; ATE84615T1; EP0352689A1; JPH0275956A; EP0352689B1; DE68904370D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung biologischer Analysen an einem Serum durch immuno-enzymatische Erfassung von Antikörpern oder Antigenen.
Eine bekannte immuno-enzymatische Methode in indirekter fester Phase enthält schematisch die folgenden Schritte:
- Einführung des Serums, dessen Antikörper erfaßt und quantifiziert werden sollen, in ein zylindrisches Kunststoffgefäß kleiner Abmessungen (etwa 1 cm Höhe und 5 mm Durchmesser). Die innere Oberfläche dieses Gefäßes wird vorher mit Antigenen bedeckt. Man wartet, daß die Antikörper sich auf den Antigenen festsetzen;
- erster Waschvorgang, bei dem das Serum entfernt wird, und Einführung einer durch ein Enzym markierten konjugierten Flüssigkeit, wobei das Enzym sich seinerseits auf den Kopplungen zwischen Antigenen und Antikörpern festsetzt;
- zweiter Waschvorgang, bei dem die überschüssige konjugierte Flüssigkeit entfernt wird.
Von nun an gibt es zwei unterschiedliche Vorgehensweisen:
Gemäß der ersten Vorgehensweise verwendet man die Farbmessung: Man führt ein farbloses Substrat ein, das eine Farbreaktion aufgrund des restlichen Enzyms entwickelt, und man liest das Ergebnis am Photometer ab.
Die zweite Vorgehensweise verwendet die Lumineszenz:
Man führt einen Reaktionsstoff, "Signal" genannt, ein und liest dann die Lumineszenz mit Hilfe eines Lumineszenzanalysators.
Mit diesen Messungen kann man die Menge von Antikörpern oder Antigenen bestimmen, die in dem Serum des Patienten vorhanden sind.
Die Fixierung der Antikörper auf den Antigenen kann bei den üblichen Anwendungsbedingungen der Methode fünf bis sechs Stunden benötigen, wobei diese Dauer notwendig ist, damit sich eine ausreichende Zahl von Antikörpern auf den Antigenen fixieren kann. Die ersten Kopplungen zwischen Antigenen und Antikörpern verstopfen nämlich die Oberfläche des Gefäßes und erschweren somit den Zugang für weitere Antikörper.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Gesamtdauer der Analyse deutlich verringert werden kann und bei der die während der Durchführung der bekannten Methode unbedingt erforderlichen Handgriffe begrenzt werden.
Die vorliegende Erfindung hat also zum Gegenstand eine Vorrichtung zur Durchführung biologischer Analysen durch immuno-enzymatische Feststellung von Antikörpern oder Antigenen in einem Serum, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Bearbeitung einer Vielzahl von Kartuschen besitzt, die in einem temperaturstabilisierten Gehäuse untergebracht ist, wobei die Bearbeitungsvorrichtung aufweist:
- eine Nabe, die einem Motor mit Winkelkodierer zugeordnet ist, welcher die Drehzyklen der Nabe zu messen erlaubt und die Nabe in schnelle Bewegung für ein Zentrifugieren oder in eine langsame Bewegung, Schritt für Schritt, versetzen kann,
- eine Vielzahl von Kartuschenträgeraufzügen, die radial auf der Nabe befestigt sind, und Mittel, mit denen die Aufzüge von einer hohen Stellung zum Laden einer Kartusche in eine tiefe Arbeitsstellung gebracht werden, wobei jeder Aufzug eine periphere offene Seite, eine Oberseite und eine stark ausgeschnittene Unterseite sowie entkoppelbare Mittel zur radialen Blokkierung seiner Kartusche im Fall des Zentrifugierens besitzt,
- eine Vielzahl von Lesekalibern, die an der Nabe gegenüber einer peripheren Seite jedes Aufzugs befestigt sind, und weiter dadurch gekennzeichnet, daß jede allgemein rechteckige Kartusche einen Boden aus wärmegeformtem Kunststoff und eine dünne durchscheinende Deckfolie aus Kunststoffmaterial besitzt und wobei der Boden folgende Abteile besitzt:
- ein Empfangsfach, das in einer zentralen Position liegt und über einen Kanal an ein Serumlagerfach angeschlossen ist, das an demjenigen Ende der Kartusche liegt, das der Nabe zugewandt ist,
- mindestens zwei Fächer, die sich zwischen dem Empfangsfach und dem Serumlagerfach befinden und über Kanäle an das Empfangsfach angeschlossen sind und dazu bestimmt sind, einen Beutel mit konjugierter Flüssigkeit bzw. einen Beutel mit Substratflüssigkeit zu enthalten, wobei das Empfangsfach ein kleines Entleerungsloch für Flüssigkeit in seinem Boden sowie ein im wesentlichen zylindrisches Gefäß besitzt, das mit einem Deckel verschlossen ist, um eine senkrechte Achse drehbeweglich ist und an einem Teil seiner Seitenwand eine Ausguß- oder Eingießnase für alle Flüssigkeiten besitzt, die durch die erwähnten Kanäle gelangen können, wobei das Gefäß eine Bürste mit großer spezifischer Oberfläche besitzt, die um eine senkrechte Achse unabhängig von dem Gefäß in Drehung versetzt werden kann, wobei die Borsten der Bürste Antigenträger sind,
- eine weiche Tasche, die eine Blockier- oder Verdünnungsflüssigkeit enthalten kann und über einen Kanal an das Empfangsfach angeschlossen ist, sowie sich in der Nähe der peripheren offenen Seite des entsprechenden Aufzugs befindet, wobei dieser Kanal durch eine zerbrechbare Membran verschlossen ist, wobei die Bearbeitungsvorrichtung außerdem mindestens einen peripheren Lesemodul, der im Weg der Kaliber liegt, und einen Modul besitzt, der oberhalb des Wegs der Kartuschen liegt und Mittel, um die Beutel zu durchstoßen, die die konjugierte Flüssigkeit bzw. die Substratflüssigkeit enthalten, sowie weiter Mittel zum Zerbrechen der zerbrechbaren Membran aufweist.
Vorzugsweise ist die Bearbeitungsvorrichtung mindestens einer Pipette zum automatischen Einfüllen von Serum in die entsprechenden Fächer der Kartuschen zugeordnet.
Die Bearbeitungsvorrichtung besitzt außerdem vorteilhafterweise einen automatischen Lademodul für Kartuschen in jedem Aufzug sowie einen automatischen Entlademodul.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Bearbeitungsvorrichtung einen Modul, der Mittel besitzt, die gegen die weiche Tasche drücken können, um eine homogene Mischung der sie enthaltenden Flüssigkeiten herzustellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die senkrechte Achse der Bürste fest mit einem kleinen Metallstern verbunden, der mit einem Modul der Bearbeitungsvorrichtung zusammenwirken kann, welcher einen Elektromagneten gegenüber der Bahn dieser senkrechten Achse aufweist, um die Bürste gleichmäßig um ihre Achse drehen zu lassen. Diese selbe Modul besitzt weiter einen Elektromagneten, der mit dem Deckel oder dem Boden des außen metallisierten Gefäßes zusammenwirkt, um das Gefäß um seine Achse in eine erste Stellung zu drehen, in der die Ausgußnase zum Entleerungsloch hinweist, oder in eine zweite Stellung, in der die Ausgußnase zu dem bei der weichen Tasche endenden Kanal hinweist.
Im übrigen besitzt der Modul Hämmer, die von Elektromagneten gesteuert werden können und die Beutel flachdrücken können, wobei ein Schneideorgan zwischen dem Boden dieser Beutel und dem sie enthaltenden Fach vorgesehen ist. Dieser Modul besitzt weiter einen Hammer, der die zerbrechbare Membran zerbrechen kann.
Vorzugsweise besteht jedes ablesbare Kaliber aus einem durchscheinenden Element, das die allgemeine Form einer Rinne besitzt, so daß die weiche Tasche radial blockiert wird, wobei die Blockiermittel in den Aufzügen dann gelöst sind, und die Rinne besitzt zwei waagrechte Seitenwände in geeichtem Abstand, gegen die die weiche Tasche sich beim Zentrifugieren anlegt.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor, das die Erfindung nicht einschränkt.
Figur 1 ist eine perspektivische Teilansicht einer Analysekartusche gemäß der Erfindung in Explosionsdarstellung.
Figur 2 zeigt in Perspektive die Kartusche aus Figur 1.
Figur 3 zeigt in Explosionsperspektive das zur Kartusche der Figuren 1 und 2 gehörende Gefäß.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen von oben und sehr schematisch dieselbe Kartusche mit dem Gefäß aus Figur 3 in drei verschiedenen Stellungen.
Figur 7 zeigt schematisch von oben die Bearbeitungsvorrichtung für die Kartuschen.
Figur 8 zeigt schematisch ein Schnittbild gemäß der Linie 8-8 aus Figur 7.
Figur 9 zeigt schematisch in Perspektive einen Kartuschenträgeraufzug, der zur Vorrichtung der Figuren 7 und 8 gehört.
Figur 10 zeigt eine schematische Seitenansicht eines ersten Kartuschen-Rückholsystems, das zum Kartuschenträgeraufzug aus Figur 9 gehört.
Figur 11 zeigt schematisch von der Seite ein zweites Kartuschen-Rückholsystem, das zum Kartuschenträgeraufzug aus Figur 9 gehört.
Figur 12 zeigt schematisch in Perspektive einen zu der vorerwähnten Bearbeitungsvorrichtung gehörenden Modul.
Die Figuren 13 bis 30 zeigen schematisch die verschiedenen Phasen der Reaktion, die in einer Kartusche abläuft.
Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen in Perspektive die Kartusche, die das Röhrchen gemäß dem bekannten Stand der Technik ersetzt. Eine solche Kartusche ist folgendermaßen aufgebaut (siehe Figur 1): Sie besitzt einen Boden 2 aus wärmeformbarem Kunststoff, beispielsweise Polystyrol, mit im wesentlichen rechteckiger Form und mehreren Speicherfächern, nämlich:
- ein Serumspeicherfach 3, das sich an einem ersten Ende befindet,
- ein Speicherfach 4 für eine durch ein Enzym markierte konjugierte Flüssigkeit,
- ein Speicherfach 5 für ein Substrat, das durch das Enzym hydrolisiert werden kann,
- ein Empfangsfach 6, das mit den erwähnten Fächern 3, 4 und 5 über drei Kanäle 7, 8, 9 in Verbindung tritt. Außer dem Gefäß 20, das weiter unten im einzelnen beschrieben wird, enthält das Empfangsfach 6 auf der den drei Kanälen 7, 8, 9 gegenüberliegenden Seite zwei durch eine Wand 18 begrenzte Zonen, wobei eine erste Zone mit der darauffolgenden Tasche 10 über einen Kanal 19 in Verbindung steht, während die zweite Zone über ein im Boden 2 angebrachtes Loch 30, das in den Figuren 4 bis 6 zu sehen ist, Verbindung nach außen besitzt,
- eine Analysetasche 10, die durch Umklappen eines Bereichs 11 auf den Boden 2 gebildet wird, der einen durch Wärmeverformung gebildeten Hohlraum 12 besitzt und um eine Achse 13 gemäß einem Pfeil 14 umgeschlagen ist. Die Analysetasche 10, die genauer in Figur 2 zu sehen ist, wird durch Verschweißen verschlossen. Im ursprünglichen Zustand ist die Verbindung zwischen der Tasche 10 und dem Kanal 19 durch eine zerbrechbare Membran 19' verschlossen. Vor dem endgültigen Verschließen der Tasche 10 wird diese teilweise mit einer Blockier- oder Verdünnungsflüssigkeit gefüllt.
Die Fächer 4 und 5 enthalten ursprünglich an ihrem Boden ein schematisch dargestelltes Schneideorgan und einen Beutel, der die konjugierte Flüssigkeit oder das Substrat enthält. In Figur 2 trägt der Beutel mit der konjugierten Flüssigkeit das Bezugszeichen 16 und der mit dem Substrat das Bezugszeichen 17.
Das Empfangsfach enthält ein fundamentales Element der Erfindung, nämlich das Gefäß 20 aus Kunststoff. Wie Figur 3 zeigt, besteht es aus einem Hohlkörper 21 mit einem Boden 22, der einen Vorsprung 23 aufweist, der in den Boden 2 der Kartusche 1 hineingesteckt werden kann; ein Teil der Seitenwand des Hohlkörpers 21 bildet eine Ausgußnase 27, die normalerweise zum Serumlagerfach 3 hinweist, wie in den Figuren 1 und 2 angedeutet ist. Die Form dieser Nase 27 ist so gewählt, daß sie gerade unter die Kanäle 7, 8 und 9 reicht, um jede Flüssigkeit aufzufangen, die von diesen Kanälen kommt. Der Boden 22 oder der Deckel 24 des Hohlkörpers 21 ist außen metallisiert, um mit einem Elektromagneten zusammenwirken zu können, der das Gefäß um seine Achse 28 zu drehen vermag, und zwar bis in eine der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Stellungen. In Figur 5 ist die Nase 27 auf das Loch 30 ausgerichtet, während sie in Figur 6 zum Kanal 19 hin zeigt. In beiden Fällen wirken die Wand der Ausgußnase 27 und die Wand 18 so zusammen, daß sie zwei unterschiedliche Ausgußzonen definieren.
Das Hauptteil des Gefäßes 20 (siehe Figur 3) ist eine kleine Bürste 25, die eine Achse 29 besitzt und mit einem kleinen Metallstern 26 fest verbunden ist. Wie weiter unten zu sehen sein wird, kann dieser kleine Stern 26 unter der Wirkung eines Elektromagneten die Bürste 25 gleichmäßig um ihre Achse 29 drehen.
Wenn alles an seinem Platz in den verschiedenen Fächern des Bodens 2 ist, dann wird eine dünne Folie aus Surlyn darübergelegt (Warenzeichen der Firma Dupont de Nemours), die eine Öffnung 32 oberhalb des Serumlagerbehälters 3 besitzt und an den nicht durch Wärmeverformung geprägten Rändern des Bodens 2 (siehe Figur 2) wärmeverschweißt ist.
Beispielsweise ist die Kartusche 50 mm lang, 15 mm breit und etwas mehr als 10 mm hoch. Das Gefäß 20 besitzt einen Innendurchmesser von 7 mm und eine Höhe von 10 mm. Die Dicke der Surlyn-Folie liegt bei etwa 40 um. Die Fächer 3, 4 und 5 sind dazu bestimmt
- 100 bis 100 Mikroliter Serum,
- 100 Mikroliter der konjugierten Flüssigkeit,
- 100 Mikroliter Substrat
aufzunehmen. Die Tasche 10 kann 250 Mikroliter einer Blockierflüssigkeit oder sonstigen Flüssigkeit aufnehmen.
Diese Kartusche, die mit ihren Identifikationsmitteln versehen ist, wird in einer Vorrichtung 40 behandelt, die in den Figuren 7 bis 12 dargestellt ist und ein Kleinlabor bildet. Sie hat die allgemeine Form eines rechteckigen Behälters 50, dessen Basis beispielsweise 300 x 300 mm mißt und dessen Höhe etwa 200 mm beträgt. Die Vorrichtung wird in einem vorzugsweise bei 37ºC stabilisierten Raum gehalten.
Die wesentlichen Untereinheiten dieser Vorrichtung 40 sind folgende (siehe Figuren 7 und 8): Eine Nabe 41 kann um eine Achse 46 durch einen Motor 43 über ein schematisch dargestelltes Übertragungssystem 42 in Drehung versetzt werden, wobei dieses System einen Zahnriemen und zwei Ritzel besitzt. Der Motor ist ein Gleichstrommotor, dem ein Winkelkodierer 45 zugeordnet ist, um die Drehbewegungen überwachen zu können. Die Nabe 41 ist mit zwölf Kartuschenträgeraufzügen 51 fest verbunden, die gleichmäßig radial um die Nabe angeordnet sind. Jeder Kartuschenträgeraufzug 51 ist mit einem Steuersystem 53 verbunden, das den Kartuschenträgeraufzug 51 von einer gestrichelt angedeuteten hohen Position 51' in eine durchgezogen dargestellte tiefe Position bringen kann. Das Steuersystem 53 kann aus einem steuerbaren Elektromagneten 54 bestehen, der mit einem Hebel 55 zusammenwirkt. In gestrichelten Linien sind die Stellungen 54' und 55' des Elektromagneten und des Hebels entsprechend der Position 51' des Kartuschenträgerauf zugs 51 angedeutet. Rückholfedern 56 sind zwischen dem Aufzug 51 und der Oberseite 57 der Nabe 41 vorgesehen.
Wenn der Aufzug in der Stellung 51' ist, kann man von Hand eine Kartusche 1 in Richtung des Pfeils 100 einführen, wie dies in Figur 8 angedeutet ist; vorzugsweise erfolgt diese Einführung jedoch durch einen automatischen Lademodul 101, dessen Antrieb 102 schematisch angedeutet ist. Entsprechend ist ein automatischer Entlademodul 103 in Figur 7 angedeutet, der in Richtung des Pfeils 104 tätig wird.
Im einzelnen ist in Figur 9 ein Aufzug 51 zu sehen, der einen in einer Rinne 59 der Nabe 41 geführten Bereich 58 in Form eines T besitzt. Auf der gegenüberliegenden Seite besitzt der Aufzug 51 eine offene Seite, und an den seitlichen Bereichen sind U-förmige Schienen 61 angeformt, während die Oberseite ebenfalls weitgehend offen ist. Gleiches gilt für den Boden, aus dem eine Kartuschenindexierscheibe 62 hervorsteht, die auf einem mit der Nabe 41 fest verbundenen und mit einer gut in Figur 10 sichtbaren Rückholfeder 64 zusammenwirkenden Stift 63 gleiten kann. Man erkennt weiter aus dieser Figur eine Nut 74 in der Kartusche 1, in die die Scheibe 62 hineinragt. Dieses System vermag die Kartusche in Richtung des Pfeils 69 zur Ausgangsseite des Auf zugs 51 anzutreiben. Dagegen ist das in Figur 11 gezeigte und mit einer Öffnung 70 der Kartusche 1 zusammenwirkende System dazu bestimmt, diese in Richtung zum Zentrum der Nabe festzuhalten, wenn das System sich in der ausgezogen gezeichneten Stellung befindet. Es handelt sich um einen beweglichen Arm 72, der mit einer Rückholfeder 75 zusammenwirkt und von einem steuerbaren Elektromagneten 71 betätigt wird. Der Arm 72 kann in die Stellung 72' übergehen, und sein Ende 73, das vorher in der Öffnung 70 lag, verläßt diese und gelangt in die Stellung 73 . Die Kartusche wird dann durch das in Figur 10 dargestellte System übernommen, das sie radial zur Peripherie der Vorrichtung 40 führt.
Im peripheren Bereich der Vorrichtung 40 und in Höhe jeder Eingangsseite eines Aufzugs 51 ist ein optisch ablesbarer Kaliber 65 fest mit der Nabe 41 verbunden, beispielsweise über Stangen 66. Jeder Kaliber 65 ist ein Bauteil (siehe Figuren 7 und 9) im wesentlichen in Form einer durchbrochenen Rinne mit einem genau kalibrierten Abstand zwischen den seitlichen Wänden 67 und 68. Es handelt sich beispielsweise um ein Gußteil aus Polykarbonat, das völlig durchscheinend ist.
In Figur 7 ist ein Modul 80 gezeigt, der zur Ablesung der Reaktionsergebnisse durch Farbmessung oder Lumineszenzmessung oder eine andere geeignete Methode in Kalibern 65 bestimmt ist. In dieser Figur sieht man weiter Moduln 81, in denen Elektromagneten zur Durchführung der Drehmanöver des Gefäßes 20 der Kartuschen 1 liegen, und ein Modul 82, der genauer in Figur 12 zu sehen ist. Dieser Modul 82 enthält in erster Linie eine Rolle 83, die in Richtung des Pfeils 84 beweglich ist und mit einem Arm 85 verbunden ist, der um eine Achse 86 schwenkbar ist und die Rolle 83 abheben kann. Der Arm wird von einem Elektromagneten 87 in Verbindung mit einer auf dem Modul 82 befestigten Feder 88 gesteuert. Die Rolle 83 liegt in Höhe der Tasche 10. Der Modul 82 enthält weiter Hämmer 91 und 92, die durch Elektromagneten 95 und 96 um Achsen 93 und 94 geschwenkt werden können. Diese Hämmer liegen gegenüber den Beuteln mit den Reaktionsstoffen 16 und 17, die mit ihren Schneideorganen 15 versehen sind. Ein anderer Hammer 97 liegt gegenüber der zerbrechbaren Membran 19', um diese zu zerbrechen, wenn es notwendig ist.
Die Vorrichtung 40 enthält weiter (siehe Figur 8) unter den Aufzügen 51 ein ringförmiges und festes Tropfensammelreservoir 110, das zu einem herausnehmbaren Tank 111 führt.
Nunmehr werden die verschiedenen Schritte zur Anwendung einer Kartusche 1 in der Bearbeitungsvorrichtung 40 beschrieben.
Wenn man die Kartusche 1 mit Hilfe des automatischen Lademoduls 101 in einen Kartuschenträgeraufzug lädt, der sich in der Stellung 51' (Figur 8) befindet, dann befindet sich die Kartusche in dem in Figur 2 dargestellten Zustand mit den beiden Beutel 16 und 17 in der gezeichneten Lage, mit der Blockierflüssigkeit 120 in der weichen Tasche 10 und mit der Bürste 25 in dem Gefäß 20, wobei die Bürstenpaare Antigene tragen. Da die spezifische Oberfläche der Bürste 25 wesentlich größer als die des bekannten Gefäßes ist, enthält das Gefäß 20 eine Menge von Antigenen, die über eine deutlich größere Oberfläche verteilt sind.
Während des Ladens befindet sich die Kartusche 1 gegenüber den in den Figuren 10 und 11 gezeigten Systemen aufgrund ihrer Öffnung 70 und ihrer Nut 74 (Figur 10). Wenn der Kartuschenträgeraufzug wieder in die Stellung 51 gelangt ist, dann dreht der Motor 43 die Nabe 41 um ein Zwölftel einer Umdrehung, damit die nächste Kartusche geladen werden kann (Figuren 7 und 8). Während des Ladens der zweiten Kartusche ist es günstig, Serum 121 in das Fach 3 der ersten Kartusche einzuführen. Dies kann automatisch geschehen, beispielsweise unter Verwendung der Pipette gemäß dem französischen Patent Nr. 87 15 688 des Anmelders. Die Kartusche befindet sich dann in dem in Figur 13 gezeichneten Zustand.
Wenn alle Kartuschen geladen wurden, dann erfolgt durch Drehung der Nabe 41 eine Zentrifugierung, so daß das Serum 121 durch den Kanal 7 in das Gefäß 20 gelangt (Figuren 14 und 15). Das Serum gelangt somit in Kontakt mit den Antigenen und die eventuellen Antikörper setzen sich auf den Antigenen fest. Diese Operation erfordert einige zehn Minuten. Während dieser Zeit wird die Nabe 41 gleichmäßig gedreht, so daß die Kartuschen nacheinander unter dem Modul 81 (Figur 7) angehalten werden, dessen Elektromagnet den kleinen Metallstern 26 und damit die Bürste 25, die immer noch zur Hälfte eingetaucht ist, um ein Fünftel einer Umdrehung weiterdreht. Aufgrund dieser Drehung gelangt jede Borste der Bürste 25 aus der Tauchposition, in der sie Antikörper aufnehmen kann, in die aufgetauchte Position, in der es das an Antikörpern abgereicherte Serum völlig abgibt. Diese Bewegung des Serums und die große spezifische Oberfläche der Bürste führen zu einer Anlagerung von Antigenen an Antikörpern in einer deutlich kürzeren Zeit als gemäß den bekannten Verfahren (siehe Figur 15).
Nach einigen zehn Minuten gelangt die Kartusche 10 in Höhe des Moduls 81, wo ein Elektromagnet das Gefäß 20 dreht, wie dies in Figur 16 zu sehen ist, worauf die Ausgußnase 27 zum Loch 30 hinzeigt, durch das das abgereicherte Serum 121 ausläuft. Es gelangt in das ringförmige Reservoir 110 (Figur 8). Nach dem Entleeren wird das Gefäß 20 in der immer noch im Modul 81 befindlichen Kartusche in die Ursprungsstellung zurückgedreht. Unter Verwendung einer nicht gezeigten Pipette werden einige zehn Mikroliter Spülwasser 122 in das Fach 3 eingebracht. Die Kartusche wird dann zentrifugiert (siehe Figur 17) und das Wasser 122 gelangt in das Gefäß 20.
Die Nabe 41 dreht weiter und bei jedem Durchlauf durch den Modul 81 wird die Bürste um ihre Achse gedreht, so daß alle Borsten gespült werden. Nach einigen Minuten ermöglicht eine Station der Kartusche unter dem Modul 81 wie in Figur 16 die Entfernung des Spülwassers 122 durch Drehung des Gefäßes 20 zum Loch 30 hin (siehe Figur 18).
Die Kartusche gelangt dann unter den Modul 82 (siehe Figur 12), und der Elektromagnet 95 betätigt den Hammer 91, der den Beutel 17 gegen das Schneideorgan 15 drückt. Der Beutel 17 platzt und die durch ein Enzym markierte konjugierte Flüssigkeit 123 kann auslaufen. Durch Zentrifugieren gelangt sie in das Gefäß 20 und damit in Kontakt mit den Borsten der Bürste (siehe Figuren 19 und 20). Nun dreht erneut die Bürste während einiger Minuten um ihre Achse, damit die konjugierte Flüssigkeit 122 sich an allen Antigen-Antikörperbindungen festsetzen kann.
Dann wird die konjugierte Flüssigkeit 123 durch Drehung des Gefäßes 20 in Richtung auf das Loch 30 entfernt (siehe Figur 21).
Man wiederholt die Spüloperation der Figuren 17 und 18, und die nachfolgenden Schritte sind in den Figuren 22 bis 24 dargestellt. Wenn die Kartusche 1 wieder unter den Modul 82 kommt (Figur 12), dann drücken die Hämmer 92 auf den Beutel 16, der dann platzt wie der Beutel 17 und das Substrat 124 auslaufen läßt. Durch Zentrifugieren gelangt dieses Substrat in Kontakt mit der Bürste 25 (siehe Figuren 25 und 26). Ein Farbreaktion entwickelt sich dann während einiger Minuten, in denen die Bürste 25 um ihre Achse dreht. Bei einem Durchgang durch den Modul 82 (Figur 12) schlägt der Hammer 97 gegen die zerbrechbare Membran 19' und gibt die Verbindung zwischen dem Fach 6 und der weichen Tasche 10 frei. Nach einer Drehung des Gefäßes 20 derart, daß die Nase 27 zum Kanal 19 hin weist, und nach erneuter Zentrifugierung läßt man die Flüssigkeit 124 in die Tasche 10 gelangen, in der die Reaktion fixiert wird (siehe Figur 27). Alle aufeinanderfolgenden Zentrifugierschritte haben den Vorteil, daß sie jeden Anfeuchtungseffekt der Borsten unterdrücken und nacheinander alle überschüssigen Flüssigkeiten, die in das Gefäß eingeführt wurden, von ihnen entfernen.
Beim Durchlauf der Kartusche 1 durch den Modul 82 (siehe Figur 12) dreht die gegen die durch Einwirkung des Elektromagneten 87 auf den Arm 85 gegen die Tasche 10 gedrückte Rolle um ihre Achse und homogenisiert die Mischung 125 (siehe Figuren 28 bis 30). Die Kartusche 1 ist dann für die Auswertung bereit.
Der Elektromagnet der Figur 11 wirkt dann auf den Arm 72, der somit in die Stellung 72' gelangt und die Kartusche 11 freigibt, so daß sie durch die Feder 64 in Figur 10 zur Peripherie der Vorrichtung befördert wird. Unter der Wirkung der Zentrifugierung legt sich die teilweise mit Flüssigkeit 25 gefüllte Tasche 10 gegen die einen kalibrierten Abstand aufweisenden ebenen Wände 67 und 68 des zugeordneten Kalibers 25 (siehe Figur 9). Beim Durchgang der Kartusche 1 unter dem Meßmodul 80 erfolgt eine Kolorimetrie oder Lumineszenzmessung oder sonstige Messung.
Alle Operationen der Vorrichtung 40 werden durch einen programmierten Rechner gesteuert. Die Vorrichtung 40 mit ihren Kartuschen 1 kann somit automatisch, zuverlässig und genau alle für eine immuno-enzymatische Erfassung notwendigen Schritte durchführen, und zwar in einer wesentlich kürzeren Zeit als die bekannten Vorrichtungen. Die Anlage der Antikörper auf den Antigenen erfordert nämlich höchstens einige zehn Minuten und die übrigen Verfahrensschritte erfordern je nur einige Minuten.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die soeben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Jedes Mittel kann durch ein äquivalentes Mittel ersetzt werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen würde. So kann beispielsweise die Bürste durch ein Element mit äquivalenter entwickelter Oberfläche ersetzt werden.
Aus Gründen einfacherer Darstellung wurden zwölf Kartuschenträgeraufzüge dargestellt, aber die angegebenen Abmessungen ermöglichen den Einbau von achtzehn Aufzügen, wobei auch diese Zahl nur ein Beispiel darstellt.

Claims

1. Vorrichtung zur Durchführung biologischer Analysen durch immuno-enzymatische Feststellung von Antikörpern oder Antigenen in einem Serum, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Bearbeitung einer Vielzahl von Kartuschen (1) besitzt, die in einem temperaturstabilisierten Gehäuse untergebracht ist, wobei die Bearbeitungsvorrichtung aufweist:

- eine Nabe (41), die einem Motor (43) mit Winkelkodierer zugeordnet ist, welcher die Drehzyklen der Nabe zu messen erlaubt und die Nabe in schnelle Bewegung für ein Zentrifugieren oder in eine langsame Bewegung, Schritt für Schritt, versetzen kann,

- eine Vielzahl von Kartuschenträgeraufzügen (51), die radial auf der Nabe (41) befestigt sind, und Mittel, mit denen die Aufzüge von einer hohen Stellung zum Laden einer Kartusche in eine tiefe Arbeitsstellung gebracht werden, wobei jeder Aufzug eine periphere offene Seite, eine Oberseite und eine stark ausgeschnittene Unterseite sowie entkoppelbare Mittel zur radialen Blockierung seiner Kartusche im Fall des Zentrifugierens besitzt,

- eine Vielzahl von Lesekalibern (65), die an der Nabe gegenüber einer peripheren Seite jedes Aufzugs befestigt sind, und weiter dadurch gekennzeichnet, daß jede allgemein rechteckige Kartusche (1) einen Boden (2) aus wärmegeformtem Kunststoff und eine dünne durchscheinende Deckfolie aus Kunststoffmaterial besitzt und wobei der Boden folgende Abteile besitzt:

- ein Empfangsfach (6), das in einer zentralen Position liegt und über einen Kanal (7) an ein Serumlagerfach (3) angeschlossen ist, das an demjenigen Ende der Kartusche liegt, das der Nabe zugewandt ist,

- mindestens zwei Fächer (4, 5), die sich zwischen dem Empfangsfach und dem Serumlagerfach befinden und über Kanäle (8, 9) an das Empfangsfach (6) angeschlossen sind und dazu bestimmt sind, einen Beutel mit konjugierter Flüssigkeit bzw. einen Beutel mit Substratflüssigkeit zu enthalten, wobei das Empfangsfach ein kleines Entleerungsloch (30) für Flüssigkeit in seinem Boden sowie ein im wesentlichen zylindrisches Gefäß besitzt, das mit einem Deckel verschlossen ist, um eine senkrechte Achse (28) drehbeweglich ist und an einem Teil seiner Seitenwand eine Ausguß- oder Eingießnase (27) für alle Flüssigkeiten besitzt, die durch die erwähnten Kanäle gelangen können, wobei das Gefäß eine Bürste (25) mit großer spezifischer Oberfläche besitzt, die um eine senkrechte Achse (29) unabhängig von dem Gefäß in Drehung versetzt werden kann, wobei die Borsten der Bürste Antigenträger sind,

- eine weiche Tasche (10), die eine Blockier- oder Verdünnungsflüssigkeit enthalten kann und über einen Kanal (19) an das Empfangsfach angeschlossen ist, sowie sich in der Nähe der peripheren offenen Seite des entsprechenden Aufzugs befindet, wobei dieser Kanal durch eine zerbrechbare Membran (19') verschlossen ist,

wobei die Bearbeitungsvorrichtung außerdem mindestens einen peripheren Lesemodul (80), der im Weg der Kaliber (65) liegt, und einen Modul (82) besitzt, der oberhalb des Wegs der Kartuschen (1) liegt und Mittel, um die Beutel (16) zu durchstoßen, die die konjugierte Flüssigkeit bzw. die Substratflüssigkeit enthalten, sowie weiter Mittel zum Zerbrechen der zerbrechbaren Membran (19') aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsvorrichtung mindestens einer Pipette zum automatischen Einfüllen von Serum in die entsprechenden Fächer der Kartuschen zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsvorrichtung außerdem einen Modul (101) zum automatischen Laden einer Kartusche in jeden Aufzug enthält.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsvorrichtung weiter einen Modul (103) zum automatischen Entladen der Kartuschen enthält.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsvorrichtung einen Modul aufweist, der Mittel (83) besitzt, die gegen die weiche Tasche (10) drücken können, um eine homogene Mischung der sie enthaltenden Flüssigkeiten herzustellen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechte Achse (29) der Bürste (25) fest mit einem kleinen Metallstern (26) verbunden ist, der mit einem Modul (81) der Bearbeitungsvorrichtung zusammenwirken kann, welcher einen Elektromagneten gegenüber der Bahn dieser senkrechten Achse aufweist, um die Bürste gleichmäßig um ihre Achse drehen zu lassen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Bewegung der Bürste (25) zuständige Modul weiter einen Elektromagneten besitzt, der mit dem Deckel oder dem Boden des außen metallisierten Gefäßes zusammenwirkt, um das Gefäß um seine Achse in eine erste Stellung zu drehen, in der die Ausgußnase zum Entleerungsloch (30) hinweist, oder in eine zweite Stellung, in der die Ausgußnase zu dem bei der weichen Tasche (10) endenden Kanal (19) hinweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oberhalb der Bahn der Kartuschen (1) liegende Modul (82) Hämmer (91, 92) besitzt, die von Elektromagneten gesteuert werden können und die Beutel (16) flachdrücken können, wobei ein Schneideorgan (15) zwischen dem Boden dieser Beutel und dem sie enthaltenden Fach vorgesehen ist, wobei dieser Modul weiter einen Hammer (97) besitzt, der die zerbrechbare Membran zerbrechen kann.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes ablesbare Kaliber (65) aus einem durchscheinenden Element besteht, das die allgemeine Form einer Rinne besitzt, so daß die weiche Tasche (10) radial blockiert wird, wobei die Blockiermittel in den Aufzügen dann gelöst sind, und daß die Rinne zwei waagrechte Seitenwände (67, 68) in geeichtem Abstand besitzt, gegen die die weiche Tasche sich beim Zentrifugieren anlegt.