DE69214048T2

DE69214048T2 - Verschlussanordnung der öffnung eines brutschrankes in einem automatischen analysesystem

Info

Publication number: DE69214048T2
Application number: DE69214048T
Authority: DE
Inventors: Charles Deangelis; Fareed Kureshy; Robert Macindoe
Original assignee: Behring Diagnostics Inc
Current assignee: Behring Diagnostics Inc
Priority date: 1991-02-14
Filing date: 1992-02-03
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2012-02-04
Also published as: WO1992014550A1; US5192506A; AU644278B2; EP0525180A1; DE69214048D1; ES2094905T3; EP0525180B1; CA2071848A1; DK0525180T3; JP2532807B2; AU1432392A; ATE143290T1; JPH05506512A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein automatisiertes Analysensystem, das mit Proben enthaltenden Kartuschen arbeitet, enthaltend:
eine temperaturgeregelte Kammer mit einer oberen Wand, einer unteren Wand und einer Seitenwand, die die obere Wand mit der unteren Wand verbindet, wobei die Seitenwand die Kammer umgibt und in der Seitenwand eine Öffnung sowie eine Tür zum Schließen der Öffnung vorhanden sind;
eine Vielzahl von Nischen, die in der Kammer zur Aufnahme der Kartuschen angeordnet sind;
eine in der Kammer angeordnete Fördervorrichtung, um die Nischen entlang der Seitenwand und anschließend an der Öffnung vorbei zuführen;
und einen Injektor.
Diese Art von automatisiertem Analysensystem ist aus der US-A- 4 908 320 bekannt. Die US-4 908 320 beschreibt eine automatisierte Analysiervorrichtung mit einer temperaturgeregelten Kammer und einer oberen Wand, einer unteren Wand und einer zylindrischen Seitenwand, wobei ein Rotor in der Kammer mehrere Schlitze zum Tragen von Reagenzkartuschen aufweist, die über eine Zugangstür in der Seitenwand der Umfassung auf den Rotor geladen oder von diesem entfernt werden können.
Die US-A-4 296 069 betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Schlitten in einen Inkubator und aus diesem heraus, worin der Schlittenübertragungsmechanismus den Schlitten entweder von der Lesestation zurück in den Inkubator bringt, oder diesen über ein Ablenkteil des Schlittenübertragungsmechanismus abwirft.
Es werden verschiedene Arten von chemischen Tests mit automatisierten Testvorrichtungen durchgeführt, wobei ein Beispiel für Tests von großem Interesse die Analyse von biologischen Substanzen in der Humanmedizin ist. Automatische Testvorrichtungen ermöglichen die schnelle Verarbeitung einer großen Zahl von Testproben. Diese Vorrichtungen werden in Einrichtungen des Gesundheitswesens, einschließlich Krankenhäusern und Laboratorien, verwendet. Es werden biologische Flüssigkeiten, wie Vollblut, Plasma oder Serum, getestet, um Hinweise auf Krankheiten zu finden, therapeutische Arzneimittelkonzentrationen zu überwachen, usw. Bei dem automatisierten Testinstrument werden Proben der Testflüssigkeiten gewöhnlich in einem Probenbecher bereitgestellt, und alle Verfahrensschritte, einschließlich der Pipettierung der Probe auf ein Analysen- Testelement, der Inkubation und dem Auslesen des erhaltenen Signals, werden automatisch durchgeführt. Das Testinstrument enthält tpyischerweise eine Reihe von Arbeitsstationen, von denen jede einen bestimmten Schritt der Testprozedur durchführt. Das Analysenelement oder die Kartusche wird mit Hilfe einer Fördervorrichtung, wie einem Karussell, von einer Arbeitsstation zur nächsten transportiert, wodurch eine sequentielle Durchführung der Testschritte ermöglicht wird. Die Transportvorrichtung trägt typischerweise mehrere Analysenkartuschen, wobei jede an einer bestimmten Stelle auf der Oberseite der Transportvorrichtung befestigt ist. Bei der üblichen Anordnung sind die Analysenkartuschen in Nischen voneinander beabstandet, die entlang des Randes der Fördervorrichtung angebracht sind, um das automatische Einsetzen und Herausnehmen zu erleichtern.
Bei vielen automatisierten Instrumenten wird ein Pipettenkopfaufbau in Verbindung mit Einweg-Pipettenspitzen verwendet, die typischerweise nur einmal benutzt und dann abgeworfen werden, um eine mögliche Verunreinigung der Flüssigkeiten zu vermeiden, die zu Fehlern bei den Analysenergebnissen führen könnte. Bei diesen Systemen muß der Pipettenkopfaufbau eine Einweg- Pipettenspitze aufnehmen, die entsprechende Flüssigkeit in die Pipettenspitze ansaugen (z.B. eine Probenflüssigkeit aus einem Probenbecher) und das erforderliche Flüssigkeitsvolumen an das Analysenelement abgeben. Das Flüssigkeitsabgabesystem dieser Elemente muß verschiedenen Anforderungen genügen, die anhand der folgenden Beschreibung der typischen Arbeitsweise einer Flüssigkeitsabgabeanordnung in einem automatisierten Instrument erläutert werden.
Bei der typischen Bauweise eines automatisierten Instruments sind die Einweg-Pipettenspitzen und die Probenbehälter auf Trägern angebracht, die dann auf einen Träger oder ein Tablett aufgesetzt werden, das innerhalb des Instruments durch einen beweglichen Tisch gestützt wird. Bei einem Instrumententyp wird der Pipettenkopfaufbau horizontal (in der X-Richtung) und vertikal (in der Z-Richtung) transportiert, und die Tabletts, die die Pipettenspitzen und die Probenbehälter halten, werden von der Vorderseite zur Rückseite des Instruments (in der Y- Richtung) verschoben. Die Fördereinrichtung kann ein Karussell sein, das die Analysenkartuschen durch Drehbewegung in einem Inkubator bewegt. Zunächst wird der Pipettenkopfaufbau abwärts bewegt, um eine Einwegspitze durch Reibungskontakt eines Schafts des Pipettenkopfaufbaus mit dem Inneren der Einwegspitze zu verbinden. Dann wird eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge in die Pipettenspitze gesaugt, und die Spitze wird zu einer Abgabeposition oberhalb eines Analysenelements bewegt, wo ein vorbestimmtes Flüssigkeitsvolumen abgegeben wird. Nach Beendigung des Abgabeschritts wird die Spitze verworfen und für den nächsten Abgabeschritt eine saubere Einweg- Spitze auf den Schaft des Pipettenkopfaufbaus befestigt.
Ein Problembereich bei der genauen Durchführung automatisierter Analysen ist die Einhaltung einer sorgfältig geregelten Temperatur in der Testumgebung. Daher werden die Analysenkartuschen von einer geeigneten Fördereinrichtung. wie einem Drehkarussell, in einer temperaturgeregelten Kammer, wie einem Inkubator, befördert. Die Kammer enthält Heizelemente, die von automatischen Schaltungen mit Sensoren für die Kammertemperatur geregelt werden, um die vorbestimmte Temperatur einzuhalten. Besonders vorteilhaft ist es, eine konstante und gleichmäßige Temperatur in der Kammer aufrechtzuerhalten. Eine solche Temperaturregelung wird am besten erreicht, wenn die Kammer vollständig abgeschlossen ist, wodurch die Entstehung von Luftströmungen zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Kammer verhindert wird.
Problematisch ist, daß bei einer Bauweise der temperaturgeregelten Kammer eine Zugangsöffnung in Form eines länglichen Schlitzes in einer oberen Wand oder einem Dach der Kammer vorgesehen ist, um die Einführung einer Pipette zur Übertragung von flüssigen Reagentien zwischen den Flüssigkeitsreservoirs außerhalb der Kammer und einer Vertiefung in der Kartusche, sowie die Flüssigkeitsübertragung zwischen einem Reservoir und einer Vertiefung in der Kartusche zu ermöglichen. Weiterhin ist in einer Seitenwand der Kammer eine Öffnung vorgesehen, damit der Kartuscheninjektor Analysenkartuschen auf die Fördereinrichtung setzen und die Kartuschen nach Beendigung der Analyse entfernen kann.
Beide Öffnungen stehen allgemein offen. Der längliche Schlitz in der oberen Wand weist eine minimale Weite auf, da er nur den Pipettenschaft und die Pipettenspitze aufnehmen muß. Daher ist die Luftströmung durch diesen Schlitz zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Kammer erheblich behindert. Die Öffnung in der Seitenwand zum Einsetzen und Herausnehmen der Analysenkartuschen ist erheblich größer dimensioniert, um die Analysenkartuschen und den Lade/Entlademechanismus aufzunehmen. Entsprechend kann zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Kammer genügend Luft strömen, um unerwünschte Schwankungen der Kammertemperatur zu bewirken. Das erfindungsgemäße Analysensystem hat eine Anordnung zum Versperren der Öffnung, während die Analysenkartuschen nicht in den Inkubator eingesetzt oder aus diesem herausgenommen werden.
Ein solches Analysensystem erfordert einen vielseitigeren Injektor als denjenigen des in der US-A-4 908 320 beschriebenen Systems. Dieses Problem wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein automatisiertes Analysensystem, das mit Proben enthaltenden Kartuschen arbeitet, enthaltend:
eine temperaturgeregelte Kammer mit einer oberen Wand, einer unteren Wand und einer Seitenwand, die die obere Wand mit der unteren Wand verbindet, wobei die Seitenwand die Kammer umgibt und in der Seitenwand eine Öffnung sowie eine Tür zum Schließen der Öffnung vorhanden sind;
eine Vielzahl von Nischen, die in der Kammer zur Aufnahme der Kartuschen angeordnet sind;
eine in der Kammer angeordnete Fördervorrichtung, um die Nischen entlang der Seitenwand und anschließend an der Tür vorbeizutransportieren; und einen Injektor, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor außerhalb der Kammer und an der Tür angeordnet ist, um eine Kartusche durch die Tür in eine der Nischen einzuführen und um eine Kartusche durch die Tür aus einer der Nischen herauszuziehen, wobei der Injektor eine Einrichtung zum Öffnen der Tür vor dem Einführen der Kartusche oder dem Herausziehen der Kartusche sowie zum Schließen der Tür nach dem Einführen der Kartusche oder nach dem Herausziehen der Kartusche, und eine Einrichtung zum Ausstoßen einer gebrauchten Kartusche anschließend an das Herausziehen der Kartusche aus der Kammer enthält, und wobei der Injektor eine Schiene zum Führen einer Kartusche entlang eines Weges in die Kammer aufweist, wobei ein Teil der Schiene in der Ausstoßeinrichtung eingeschlossen ist, wobei die Ausstoßeinrichtung bewirkt, daß dieser Teil der Schiene während des Ausstoßens einer Kartusche von diesem Weg weggeschwenkt wird, wobei durch das Schwenken des Schienenteils die Kartusche aus dem Weg entfernt wird, um das Ausstoßen der Kartusche zu bewirken.
Erfindungsgemäß ist außerhalb der Kammer und an der Öffnung zum Einsetzen und Herausnehmen der Kartuschen über die Öffnung ein Kartuscheninjektor angebracht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Injektor einen Ladearm auf, der sich entlang des Wegs bewegt, wobei der Ladearm die Kartusche kontaktiert, um diese entlang eines vorbestimmten Wegs durch die Öffnung in die Kammer oder aus dieser herauszubewegen. Ein Teil der Schiene ist über einen Schwenkarm mit einem Zapfen verbunden, um ein Schwenken des Schienenteils von dem Weg weg zu ermöglichen, um eine Kartusche aus dem Weg zu entfernen, so daß eine verbrauchte Kartusche ausgestoßen wird.
Ein wichtiges erfindungsgemäßes Merkmal ist, daß eine Tür oder ein Verschluß, der (die) ein Schließen der Öffnung ermöglicht, im System enthalten ist. Ein Umlenken der Tür weg von der Öffnung ermöglicht deren Öffnung. Die Tür ist so an dem Schwenkarm befestigt, daß sie gleichzeitig mit dem Schwenken des Schienenteils bewegt wird. Dadurch führt der Auswurf einer Kartusche automatisch zum Schließen der Öffnung. Die Rückkehr des Schienenteus auf den Weg mittels einer Schwenkbewegung des Schwenkarms lenkt die Tür von der Öffnung weg, wodurch diese geöffnet wird. Dadurch kann die Betätigung der Tür mit dem Einsetzen und Herausnehmen einer Kartusche synchronisiert werden, so daß die Öffnung vor dem Einsetzen oder Herausnehmen einer Kartusche geöffnet wird, und nach dem Einsetzen oder Herausnehmen einer Kartusche geschlossen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die vorgenannten Aspekte und andere Merkmale der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung erläutert, worin darstellen:
Fig. 1 eine schematisierte, teilweise diagrammartige Ansicht eines mit Analysenkartuschen arbeitenden Systems, wobei in dem System zur Bewegung der Kartuschen zwischen den verschiedenen Arbeitsstationen ein Karussell verwendet wird;
Fig. 2 eine schematische, teilweise diagrammartige Ansicht eines Pipettentransports zur Bewegung der Pipette zwischen einem Vorrat an Spitzen, Probenflüssigkeitsreservoirs und Abteilen einer Analysenkartusche, wobei die Figur auch ein optisches Nachweissystem zur Bestimmung der Position einer Pipettenspitze zeigt;
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht einer Pipettenspitze in einem Lichtstrahl des optischen Nachweissystems;
Fig. 4 ein Blockdiagramm, das eine Servo-Kontrollschleife des Pipettentransports darstellt, die mit einem Mikroprozessor zur vertikalen Positionierung der Pipette zusammenwirkt;
Fig. 5 ein Verlaufsschema der Arbeitsweise des Mikroprozessors;
Fig. 6 Einzelheiten eines Blocks aus dem Schema von Fig. 5, zur Berechnung zusätzlicher Pipettenbewegungen;
Fig. 7 ein Zeitverlaufsdiagramm der vertikalen Bewegung der Pipette;
Fig. 8 eine weitere Ansicht des Testsystems von Fig. 1, wobei Teile des Systems diagrammartig dargestellt sind, und wobei Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Inkubators zeigt, bei dem Teile ausgeschnitten sind, um die inneren Komponenten des Inkubators freizulegen;
Fig. 9 eine Explosionsansicht einer Vorrichtung eines automatisierten Analysensystems mit einem Karussell in einer temperaturgeregelten Kammer und einem Injektor zum Einsetzen und zum Herausnehmen von Kartuschen aus den Nischen im Karussell;
Fig. 10 und 11 eine vergrößerte Teilansicht des Systems von Fig. 9, die Konstruktionseinzelheiten des Injektors zeigt, worin Fig. 10 eine Kartusche in der Lade- Position des Injektors, und Fig. 11 die Kartusche in der Auswurf-Position des Injektors zeigt;
Fig. 12 eine schematisierte Ansicht einer Tür- und Auswurf(Ejector)-Anordnung von Fig. 10, wobei eine Seitenwand der temperaturgeregelten Kammer gestrichelt dargestellt ist, und wobei die Tür so positioniert ist, daß sie eine Kartuschenöffnung der Kammer schließt; und
Fig. 13 eine vereinfachte Ansicht der Auswurfvorrichtung von Fig. 10, wobei die Tür- und Auswurfanordnung in einer Position gezeigt ist, in der die Kartuschenöffnung geöffnet ist.

Detailbeschreibung

Um die erfindungsgemäße Vorrichtung und deren Betätigung zum automatischen Schließen einer Inkubatoröffnung eines automatisierten Analysensystems bei der Bewegung eines Kartuscheninjektors in bzw. aus dem Inkubator zu erläutern, ist es zunächst sinnvoll, ein geeignetes Analysensystem zu beschreiben, das eine Fördervorrichtung, wie ein Karussell, mit einem Flüssigkeitsabgabesystem zum Ansaugen von flüssigen Reagenzien aus Probenbehältern oder anderen Vertiefungen für Reagenzien in Einweg-Pipetten und die Abgabe der Flüssigkeiten an eine Analysenkartusche auf der Fördervorrichtung umfaßt. Entsprechend beginnt die folgende Darstellung mit einer Beschreibung des Gesamtsystems, gefolgt von einer Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches das Schließen der Öffnung bewirkt.
Gemäß Fig. 1 ermöglicht ein Testsystem 20 automatisch eine Abfolge chemischer Verfahrensschritte zur Durchführung einer Analyse einer Testprobe in der Kartusche 22. Es werden mehrere Kartuschen 22 im System 20 eingesetzt, um den Durchsatz zu erhöhen, wobei ein Verfahrensschritt mit dem Inhalt einer Kartusche gleichzeitig mit anderen Verfahrensschritten mit dem Inhalt anderer Kartuschen durchgeführt wird. Das System 20 weist einen Drehtisch oder ein Karussell 24 auf, das durch einen Motor 28 um eine Achse 26 gedreht wird. Zum Beispiel kann der Motor 28 über ein Getriebe 30 oder einen Riemenantrieb (nicht gezeigt) mechanisch mit dem Karussell 24 verbunden sein. Das Karussell 24 transportiert die Kartuschen 22 von einer Arbeitsstation zur anderen, wobei in Fig. 1 beispielhaft zwei dieser Arbeitsstationen 32 und 34 gezeigt sind. Das Karussell 24 dreht sich in einer temperaturgeregelten Kammer 36, der Inkubator 36 enthält ein Heizsystem 38, das an den verschiedenen Arbeitsstationen eine gewünschte Temperatur aufrechterhält. Die Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur ermöglicht die Inkubation während eines Verfahrensschritts bei der Analyse eines Analyten.
Die Arbeitsstation 32 kann eine oder mehrere Pipetten aufweisen, wobei beispielhaft zwei dieser Pipetten 40 und 42 gezeigt sind, die, wie nachstehend beschrieben, Flüssigkeit an verschiedene Kammern einer Kartusche 22 abgeben und zwischen diesen transportieren. Die Pipetten 40 und 42 werden durch einen Pipettenmechanismus 44, der mechanisch mit den Pipetten 40 und 42 verbunden ist, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, positioniert und betrieben. Während des Analysenverfahrens wird als ein Resultat der Reaktion(en) und Interaktion(en) zwischen der Probenflüssigkeit und dem (den) Testreagens(reagentien) eine nachweisbare Änderung bewirkt, die mit der Anwesenheit eines Analyten oder einer interessierenden Komponente in der Probenflüssigkeit korreliert. Die nachweisbare Änderung kann eine Farbänderung seinf die spektrophotometrisch gemessen werden kann, z.B. mit einem Densitometer, oder, bei einem Analysenverfahren, das auf fluoreszenzmarkierten biologisch aktiven Substanzen beruht oder die Herstellung einer fluoreszierenden Substanz infolge einer Reaktion zwischen den Testreagentien beinhaltet, kann ein Fluoreszenz- Ausgangssignal erzeugt werden, das spektrofluorometrisch abgelesen werden kann. Die nachweisbaren Änderungen können von oberhalb oder unterhalb des Analysenmoduls bzw. der Kartusche 22 abgelesen werden. Bei der Arbeitsstation 34 ist beispielsweise ein Fluorometer 46 zur Bestrahlung der Reaktionszone in der Kartusche 22 und zur Messung der von der darin enthaltenen fluoreszierenden Substanz emittierten Fluoreszenz dargestellt.
Das Karussell 24 kann so angeordnet sein, daß eine unterschiedliche Zahl von Kartuschen 22 untergebracht werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist jede Position oder Nische 54 zur Aufnahme einer Kartusche 22 mit einer kleinen Öffnung 56 ausgestattet, um die Bestrahlung der Reaktionszone in der Kartusche 22 und das Sammeln und Messen der reflektierten Fluoreszenzemissionen zu ermöglichen. Weiterhin ist ein Injektor 58 zum Einsetzen einer Kartusche 22 in eine leere Nische 54 gezeigt, wobei der Injektor 58 einen Arm 56 besitzt, um eine Kartusche 22 während des Einsetzens zu ergreifen. Der Injektor 58 dient außerdem zum Herausziehen einer Kartusche mittels des Arms 60 aus einer Nische 54 nach Beendigung der Testprozedur. Der Betrieb des Motors 28, des Pipettenmechanismus 44, des Fluorometers 46 und des Injektors 58 werden mit Hilfe von Zeittaktsignalen eines Mikroprozessors 62 synchronisiert.
Fig. 2 stellt Einzelheiten der Konstruktion des Pipettenmechanismus 44 von Fig. 1 dar. Um die Beschreibung der Erfindung zu erleichtern, wird der Pipettenmechanismus 44 nachstehend mit einer Pipettentransportvorrichtung 64 beschrieben, die mit nur einer der Pipetten, nämlich der Pipette 40, betrieben wird. Der Transport 64 ermöglicht die zweidimensionale relative Bewegung zwischen der Pipette 40 und einer Reihe von Probenbechern oder -Reservoirs 66, die sich in einer gewissen Entfernung von der Kartusche 22 befinden, wobei die Becher oder Reservoirs 66 dazu dienen, von dem System 20 zu testende Probenflüssigkeiten zu speichern. Die Reservoirs 66 befinden sich auf einem Tablett 67, das von einem beweglichen Tisch 68 getragen wird, der auch ein Tablett 69 trägt, das einen Satz von Spitzen 70 trägt, die an einem Schaft 72 der Pipette 40 befestigt werden können. Unter Bezug auf ein X-Y-Z Koordinatensystem ist die Pipette 40 in der X-Richtung entlang eines Hohlträgers 74 des Transports 64 beweglich, und der Tisch 68 ist in der Y-Richtung entlang einer Schiene 76 des Transports 64 beweglich. Innerhalb des Trägers 74 befindet sich ein vertikaler Antrieb 78, der zum Heben und Senken der Pipette 40 in der Z-Richtung dient. Die X-Koordinate schneidet eine Drehachse des Karussells 24, und ist daher parallel zum Radius des Karussells 24, und die Z-Koordinate ist parallel zu der Drehachse des Karussells 24.
Ein horizontaler Antrieb 80 innerhalb des Hohlträgers 74 bewegt die Pipette in der X-Richtung. Der vertikale Antrieb 78 und der horizontale Antrieb 80 sind von konventioneller Bauart und sind in vereinfachter Form in Fig. 2 dargestellt. Vereinfacht beschrieben, enthält der vertikale Antrieb 78 eine Scheibe 82, die verschiebbar auf einer rechteckigen Nutenwelle 84 gelagert ist, die aber auch einen quadratischen Querschnitt haben kann. Die Welle 84 wird durch einen Motor 90 gedreht. Der horizontale Antrieb 80 enthält eine Basis 88, die durch die Drehung des Motors 90 in der X-Richtung entlang des Trägers 74 gleitet. Der Motor 90 treibt über die Rolle 94 einen Riemen 92 an, wobei der Riemen 92 mit der Basis 88 verbunden ist, um die Basis 88 zu verschieben, wenn die Rolle 94 durch den Motor 90 gedreht wird. Ein von der Basis 88 abstehender Befestigungspunkt 96 verschiebt das Rad 82 bei Bewegung der Basis 88 entlang der Welle 84, so daß das Rad 82 in bezug auf die Basis 88 in einer festen Position bleibt. Die Pipette 40 geht so durch die Basis 88 hindurch, daß sie durch die Basis 88 in der X-Richtung verschoben werden kann. Das Rad 82 ist mechanisch mit der Pipette 40 verbunden, z.B. durch Getriebezähne auf dem Rad 82 oder mittels eines Riemenantriebs (nicht gezeigt). Die mechanische Verbindung des Rades 82 mit der Pipette 40 ermöglicht eine Verschiebung der Pipette 40 in der Z-Richtung beim Drehen des Rades 82 durch den Motor 86. In ähnlicher Weise kann der Riemenantrieb 96 dazu verwendet werden, um den Tisch 68 mittels des auf der Schiene 76 befestigten Motors 100 in der Y-Richtung zu bewegen.
Wie bei der obigen Beschreibung des analytischen Instruments von Fig. 1 wird der Motor 28 durch den Mikroprozessor 62 gesteuert. Ähnlich werden die Motoren 100, 90 und 86 durch den Mikroprozessor 62 gesteuert. Die Verbindungen der Motoren 28, 100, 90 und 86 sind in Fig. 2 durch die Anschlüsse A, B, C bzw. D angegeben. Dadurch kann die Bewegung der Pipette 40 mit der Positionierung der Kartusche 22 synchronisiert werden, die durch das Karussell 24 an eine Stelle direkt unter den Träger 74 gebracht wird. In der oberen Wand 104 der temperaturgeregelten Kammer 36 ist ein &chlitz 102 vorgesehen, um den Zugang der Pipette 40 zu der Kartusche 22 zu ermöglichen. Der Schlitz 102 verläuft parallel zu dem Träger 74. Die Position des Schlitzes 102 in bezug auf den Träger 74 erlaubt es, den Schaft 72 der Pipette 40 durch den Schlitz 102 selektiv über einer gewünschten Kammer aus mehreren Kammern 106 der Kartusche 22 abzusenken. Die Länge des Schlitzes 102 stimmt mit der Länge der Kartusche 22 überein, um eine Verschiebung des Schaftes 72 in der X-Richtung zur Ausrichtung mit einer aus den Kammern 106 ausgewählten Einzelkammer zu ermöglichen. Der Schlitz 102 ist relativ schmal und hat eine Breite, die groß genug für den Schaft 72 und die am distalen Ende des Schaftes 72 angebrachte Spitze 70 ist. Die von dem Schlitz 102 eingenommene Fläche ist relativ zur Gesamtdimension der temperaturgeregelten Kammer 36 so klein, daß keine nennenswerte Luftströmung zwischen dem Inneren und dem Äußeren der temperaturgeregelten Kammer 36 auftritt. Somit hat der Schlitz 102 nicht mehr als einen zu vernachlässigenden Effekt auf die Regelung der Temperatur der Kammer, die durch die Heizung 38 geregelt wird (Fig. 1).
Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein optisches Nachweissystem 108 bereitgestellt, um dem Mikroprozessor 62 ein Signal zu geben, wenn sich die Spitze 70 der Pipette 40 bis auf eine vorbestimmte Entfernung an die ausgewählte Kammer 106 nach unten bewegt hat. Das Nachweissystem 108 enthält eine Lichtquelle 110, die z.B. eine Halbleiterdiode darstellen kann, die Infrarotlicht emittiert. Das Nachweissystem 108 enthält weiterhin einen Detektor 112, wobei das Licht durch einen Strahl 114 dargestellt ist. Der Detektor 112, der eine Halbleiter-Photodiode darstellen kann, moduliert einen elektrischen Strom entlang der Leitung 116 in Abhängigkeit vom Licht des Strahls 114, der auf den Detektor 112 fällt.
Das Nachweissystem 108 enthält eine elektrische Vergleichsschaltung 118 zur Messung der Stromstärke in der Leitung 116. Als Beispiel für die Konstruktion der Schaltung 118, enthält die Schaltung 118 ein Vergleichselement 120 und einen Widerstands-Spannungsteiler 124, der eine Referenzspannung in bezug auf das Vergleichselement 120 erzeugt. Der Teiler 124 enthält ein Potentiometer zur manuellen Einstellung der Referenzspannung bei der ersten Anpassung des Nachweissystems 108. Der Teiler 124 ermöglicht die Auswahl von Referenzspannung des Vergleichselements in Übereinstimmung mit der optischen Durchlässigkeit der Pipettenspitze 70.
Bei dem Betrieb des Nachweissystems 108 trifft in Abwesenheit der Pipette 40 die gesamte Lichtintensität des Lichtstrahls 114 auf den Detektor 112. Wie durch die gestrichelte Darstellung der Pipette angedeutet ist, kann die Pipette 40 dabei beispielsweise an der Position eines der Reservoirs 66 sein. Während der Detektor 112 die maximale Stärke des optischen Signals empfängt, liegt die maximale Stromstärke und Spannung an der Leitung 116 an. Wird die Pipette 40 abgesenkt, so unterbricht die Spitze 70 den Lichtstrahl 114. Die Leitung 116 ist mit dem Eingangsanschluß des Vergleichselements 120 verbunden, weshalb das Vergleichselement 120 bei maximaler Beleuchtung des Detektors 112, wie sie vor der Unterbrechung des Lichtstrahls 114 durch die Pipette 40 auftritt, das Binär- 1-Signal an den Mikroprozessor 62 aussendet. Bei Unterbrechung des Lichtstrahls 114 wird die von dem Detektor 112 empfangene Lichtstärke stark herabgesetzt, so daß das Vergleichselement 120 ein binär-0-Signal an den Mikroprozessor 62 aussendet. Der Grad der Lichtunterbrechung ist von der Transparenz der Spitze 70 abhängig. Die Spitze 70 ist typischerweise aus einem durchscheinenden polymeren Material hergestellt.
Durch Vakuum bzw. Druck, die mittels eines Saugschlauches 126 auf die Pipette 140 einwirken und die unter der Kontrolle einer Saug-Kontrolleinheit 128 stehen, wird die Reagenszflüssigkeit in die Pipettenspitze 70 gesaugt bzw. aus der Spitze 70 ausgestoßen. Der Schlauch 126 ist flexibel und lang genug, um die Saug-Kontrolleinheit 128 an allen Positionen der Pipette 40 mit dieser zu verbinden. Die Kontrolleinheit 128 ist mit dem Mikroprozessor 62 verbunden und erhält v6n diesem die Befehle, Vakuum zum Ansaugen von Flüssigkeit anzulegen, das Vakuum abzuschalten und, falls nötig, einen überdruck anzulegen, um die Reagensflüssigkeit auszustoßen Die Flüssigkeit wird aus einem, aus den Reservoirs 66 ausgewählten Reservoir angesaugt. Die Reagensflüssigkeit wird nur dann ausgestoßen, wenn die Spitze 70 so positioniert ist, daß sie die Flüssigkeit an die aus den Kammern 106 ausgewählte Kammer der Kartusche 22 abgeben kann. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, daß die Reagensflüssigkeit an einer der Kammern 106 der Kartusche 22 angesaugt werden kann, damit sie in eine andere Kammer 106 abgegeben werden kann. In dieser Hinsicht kann ein Reservoir für die Reagensflüssigkeit direkt in der Kartusche 22, oder, z.B. auf dem Tisch 68, außerhalb der Kartusche 22 angeordnet sein. Die Lagen der verschiedenen Reservoirs 66 des Tisches 68 sind in einem Speicher des Mikroprozessors 62 festgehalten. Dies ermöglicht dem Mikroprozessor 62 die Bewegung des Tisches 68 in eine bestimmte Position in der Y-Richtung und die Bewegung der Pipette 40 in eine bestimmte Position in der X-Richtung, wobei die X- und die Y-Komponente der Position das verlangte Reservoir 66 vollständig identifizieren. In ähnlicher Weise speichert der Mikroprozessor 62 die Positionen der verfügbaren Spitzen 70, die durch den Tisch 68 gehalten werden, so daß die Spitzen 70 nacheinander für die Anbringung an den Schaft 72 ausgewählt werden können.
Mit Hilfe des Transports 64 wird eine Spitze 70 an dem Schaft 72 der Pipette 40 befestigt bzw. von dem Schaft 72 gelöst. Das Verfahren beginnt mit dem Anheben der Pipette 40, so daß die Spitze den Schlitz 102 verläßt. Die Pipette 40 kann sich dann entlang des Trägers 72 zu dem Extraktor 130 bewegen. Der Extraktor 130 hat einen halbkreisförmigen Kanal 132, der aus einem horizontalen Teil des Fxtraktors 130 ausgeschnitten ist, wobei der Kanal 132 einen Durchmesser hat, der so groß ist, daß sich der Schaft 72 frei im Kanal 132 bewegt, der aber auch so klein ist, daß der Kanal mit der Spitze 70 in Eingriff kommt. Auf Befehl des Mikroprozessors 62 wird die Pipette an den Extraktor 130 gebracht, wobei die Spitze 70 unterhalb des Kanals 132 liegt. Der Schaft 72 tritt in den Kanal 132 ein, worauf die Pipette 40 angehoben wird, um die Spitze 70 mit dem Extraktor 130 in Eingriff zu bringen. Die Spitze 70 bleibt stationär, während sich der Schaft 72 aus der Spitze 70 hebt. Anschließend fällt die Spitze 70 in einen Abfallbehälter 134 für die gebrauchten Spitzen 70. Es ist zu empfehlen, den Extraktor 130 bei Betriebsbeginn des Testsystems 20 zu betätigen, um sicherzustellen, daß der Schaft 72 zur Aufnahme einer neuen Spitze 70 bereitsteht.
Nachdem sichergestellt ist, daß der Schaft 72 zur Aufnahme einer Spitze 70 bereitsteht, wird die Pipette 40 durch Verschiebung in der X-Richtung in eine Position oberhalb des Tisches 68 gebracht, worauf der Tisch 68 in der Y-Richtung verschoben wird, um den Schaft 72 in eine Position genau über einer ausgewählten Spitze 70 zu bringen, die durch den Tisch 68 gehalten wird. Die Pipette 40 bewegt sich anschließend nach unten, um mit der Innenfläche der Spitze 70 in Reibungskontakt zu treten. Dann wird die Pipette angehoben, wobei die Spitze durch Reibungskräfte an dem distalen Ende des Schaftes 72 festgehalten wird.
Auch in Fig.3 ist der Reibungskontakt zwischen dem distalen Ende des Schaftes 72 und der Oberfläche des Kanals 136 der Spitze 70 dargestellt. Der Kanal 136 erstreckt sich entlang der zentralen Längsachse der Spitze 70 von einem zum anderen Ende der Spitze. Der Kanal 136 hat einen kreisförmigen Querschnitt mit variablem Durchmesser, wobei der Durchmesser am oberen Ende 138 größer ist als der Durchmesser am unteren Ende 140. Wenn sich der Schaft 72 im Kanal 136 nach unten bewegt, erzeugt die Verengung des Kanals 136 Reibungskräfte, die die Spitze 70 auf dem Schaft 72 festhalten. Diese Reibungskräfte reichen aus, um eine sichere Befestigung der Spitze 70 an den Schaft 72 während der Übertragung von Reagensflüssigkeit im Verlauf des Testverfahrens von System 20 sicherzustellen. Die Reibungskräfte sind jedoch so klein, daß das Abziehen der Spitze 70 von dem Schaft 72 durch den Extraktor 130 ermöglicht wird, nachdem die Übertragung der Reagensflüssigkeit beendet ist.
Im Hinblick auf den Betrieb des Systems 20 wird darauf hingewiesen, daß die Art der Anbringung der Spitze 70 am Schaft 72 eine im wesentlichen gleichmäßige Positionierung von aufeinanderfolgenden Spitzen 70 auf den Schaft 72 ermöglicht. Wegen der Flexibilität des polymeren Materials der Spitze 70, die mit dem verhältnismäßig starren Rohr des Schaftes 72 in Kontakt gebracht wird, und aufgrund gewisser Schwankungen der Reibungskräfte zwischen den Spitzen 70, wurde jedoch gefunden, daß geringfügige Schwankungen in den Positionen der Mündungen 140 der Spitzen 70 in bezug auf das distale Ende des Schaftes 72 bestehen. Diese Schwankungen sind groß genug, um bei der Abgabe von Flüssigkeit in die Kammern 106 der Kartusche 22 Ungenauigkeiten zu verursachen. Das System korrigiert diese Abweichungen der Pipettenspitzenposition automatisch durch die Feststellung der Position der Mündung 140 der Spitze 70 mittels des Lichtstrahls 114. Das Verfahren zur Korrektur der Abweichungen der Pipettenspitzenposition wird unter Bezug auf die Diagramme von Fig. 4 und die Verlauf sdiagramme der Figg. 5 und 6 näher beschrieben.
Fig. 4 zeigt einen Rückkopplungskreis 142 zum Verbinden des Mikroprozessors 62 mit dem Servomotor 86, der den in Fig. 2 beschriebenen vertikalen Pipettenantrieb 78 betätigt. Wie in Fig. 4 gezeigt, enthält der Schaltkreis 142 eine Addiereinrichtung 144, einen Filter 146, einen Verstärker 148, eine Schrittschaltmotor-Steuereinrichtung 150, einen Achsenwinkel- Codierer 152 (auch in Fig.2 dargestellt), einen Speicher 154 des Mikroprozessors 62, und eine Eingabevorrichtung 156, z.B. eine Tastatur, zur Eingabe von Daten in den Speicher 154. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Motoren 28, 100, 90 und 86 als Schrittschaltmotoren ausgebildet.
Im Betrieb gibt der Mikroprozessor 62 zum Absenken der Pipette 40 in Richtung der Kartusche 22 (Fig. 2) eine Abfolge neuer Positionen auf der Wegstrecke der Pipette 40 in der Z-Richtung ein. Die Positionssignale des Mikroprozessors 62 werden auf einen Eingangsanschluß der Addiereinrichtung 144 gelegt. Die momentane Position der Spitze 70, die durch den Codierer 152 abgeschätzt wird, wird über einen zweiten Eingang an die Addiereinrichtung 144 gelegt, um dort von dem Eingangswert am ersten Anschluß der Addiereinrichtung 144 abgezogen zu werden. Es wird darauf hingewiesen, daß der Codierer 152 eine genaue Angabe der Position des Pipettenschaftes 72, nicht aber der Spitze 70, ermöglicht, da die Position der Spitze 70 in bezug auf den Schaft 72 aufgrund der oben beschriebenen Befestigung mittels Reibungskräften zwischen den einzelnen Spitzen variiert. Daher kann der von dem Codierer 152 ausgegebene Wert des Achsenwinkels nur als eine Schätzung der wahren Position der Spitze 70 betrachtet werden.
Die von dem Codierer 152 und dem Mikroprozessor 62 ausgegebenen Signale sind digital formatiert. Die Addiereinrichtung 144 bildet die Differenz der beiden Signale und gibt diese Differenz als Schleifen-Fehler-Signal zum Filtern an das Filter 146 weiter. In Übereinstimmung mit der üblichen Konstruktion von Rückkopplungsschleifen kann der Filter 146 ein Tiefpass-Filter sein und eine Totzeit-Filterkomponente enthalten. Der Filter 146 ermöglicht die Stabilität der Rückkopplungsschleife. Das Ausgangssignal des Filters 146 wird durch den Verstärker 148 verstärkt und über die Steuereinrichtung 150 dann an den Schrittschaltmotor 86 weitergeleitet. Der Schleifen-Verstärkungsfaktor und die Bandbreite, die durch den Verstärker 150 und den Filter 146 festgelegt sind, bestimmen zusammen mit dem Motor 86 die dynamische Antwort der Schleife auf eine Weise, wie sie bei der Gestaltung von Servomechanismen bekannt ist. Der Motor 86 dreht sich in Richtung der durch den Mikroprozessor 62 vorgegebenen Position. Während sich der Motor 86 dreht, senkt der vertikale Antrieb 78 die Pipette 40 ab. Es wird darauf hingewiesen, daß bei einer alternativen Ausführungsform der Konstruktion des Rückkopplungskreises von Fig. 4 die Funktionen der Addiereinrichtung 144 und des Filters 146 direkt innerhalb des Mikroprozessors 62 durchgeführt werden können, indem dieser auf geeignete Weise programmiert wird. In diesem Fall sendet der Mikroprozessor 62 das Fehlersignal direkt an den Verstärker 150, um den Motor 86 anzutreiben.
Bei dem Schaltkreis von Fig. 4, gibt der Mikroprozessor 62 weiterhin Positionswerte entlang der Wegstrecke der Pipette 40 ein, bis der Lichtstrahl-Vergleichsschaltkreis 118 dem Mikroprozessor 62 eine Unterbrechung des Lichtstrahls signalisiert. Die Position der Spitze 70 ist nun infolge des Kontakts der Spitze 70 mit dem Lichtstrahl 114 genau bekannt. Die Pipette 40 bewegt sich nun eine zusätzliche Strecke, um die Spitze 70 relativ zu der Kartusche 22 in die Abgabeposition zu bringen. Der Wert des zusätzlichen Weges der Positionsverschiebung basiert auf den im Speicher 154 gespeicherten Daten. Der Mikroprozessor 62 liest den Speicher 154 ab, um die Bewegungsdaten zu erhalten. Die Person, die das analytische Instrument 20 kalibriert, stellt die erforderlichen Daten über die zusätzliche Bewegung in Kenntnis eines Bezugspunktes bereit, der bei der bevorzugten Ausführungsform die Höhe der Kartusche 22 relativ zu der Oberfläche 158 des Karussells 24, darstellt. Diese Höhendaten werden mittels der Eingabevorrichtung 156 in den Speicher 154 eingegeben. Beispielsweise kann die Eingabevorrichtung 156 als berührungsempfindliches Feld (touch panel), ausgebildet sein, das an einer für die Bedienungsperson des Systems 20 bequemen Stelle angebracht ist.
Der Betrieb des Rückkopplungskreises 142 kann unter Bezug auf Fig. 2 und das Zeitverlauf sdiagramm von Fig. 7 näher erklärt werden. Bevor die Pipette 40 abgesenkt wird, befindet sich die Spitze 70 in einer genügend hohen Position, um den Transport der Pipette 40 in der X-Richtung zwischen dem Karussell 24 und dem Tisch 68 zu ermöglichen. Dies wird in Fig. 7 als Transportniveau bezeichnet. Die Pipette 40 wird anschließend während eines in Fig. 7 gekennzeichneten Zeitintervalls abgesenkt. Das erste Absenkungsintervall endet mit der Unterbrechung des Lichtstrahls 114. Dann folgt das endgültige Absenkungsintervall, wobei die Pipette 40 das zusätzliche Wegstück abgesenkt wird. Dadurch wird die Pipettenspitze auf das in Fig. 7 gekennzeichnete Abgabeniveau gebracht. Nach der Beendigung des Abgabeintervalls hebt der Rückkopplungskreis 142 die Pipette 40 während des in Fig. 7 gezeigten Rückzugsintervalls auf das Transportniveau an. In Fig. 7 ist weiterhin ein Sicherheitsniveau gezeigt, das unter Bezug auf die Fließdiagramme in den Figg. 5 und 6 beschrieben wird.
In Fig. 5 ist der erfindungsgemäße Aspekt des Absenkens der Pipette zu der Kartusche 22 unter Kompensation der variablen Position der Spitze 70 anhand eines Fließdiagramms erklärt. Das Fließdiagramm beschreibt den Betrieb des Mikroprozessors 62 von Fig. 2 zum Betreiben des vertikalen Pipettenatriebs 78 (Figg. 2 und 4) und zur Absenkung der Pipette 40, um Reagensflüssigkeit in ein Abteil 106 der Kartusche 22 abzugeben. Der Beginn der Absenkung der Pipette zu der Kartusche 22 erfolgt am Block 160. Am Block 162 wird die Entscheidung getroffen, ob der Lichtstrahl 114 (Fig. 2) vorhanden ist. Der Mikroprozessor 62 stellt die Anwesenheit des Lichtstrahls fest, indem er die Hoch- und Tief-Signale des Vergleichsschaltkreises 118 prüft. Wenn sich die Pipette 40 in angehobener Position befindet, ist der Lichtstrahl 114 nicht blockiert und sollte dementsprechend vorhanden sein, weshalb das Vergleichselement 120 das binär-1- Signal liefern sollte, das die volle Stärke des Lichtstrahls 114 anzeigt. Wenn der Strahl nicht vorhanden ist, wird am Block 164 einer Person, die das Testsystem 20 bedient, angezeigt, daß ein im System aufgetretener Fehler zu beheben ist.
Falls der Lichtstrahl vorhanden ist, geht es weiter bis zum Block 166, wobei der Mikroprozessor 62 das Absenken der Pipette auf die oben unter Bezug auf Fig. 4 beschriebene Weise dirigiert. Dabei gibt der Mikroprozessor 62 kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit, die der dynamischen Antwort der Rückkopplungsschleife 142 entspricht, neue Positionen entlang der Wegstrecke der Pipette 40 ein. Der Mikroprozessor 62 verfolgt während der Absenkung der Pipette 40 periodisch die Ausgangssignale des Vergleichsschaltkreises 118, um zu bestimmen, ob der Lichtstrahl 114 unterbrochen wurde, wobei diese Festlegung am Block 168 durchgeführt wird.
Unter der Annahme, daß keine Unterbrechung des Lichtstrahls 114 durch die Pipette 40 stattgefunden hat, setzt sich der Vorgang entlang der Linie 170 bis zum Block 172 fort, um festzustellen, ob das Sicherheitsniveau (in Fig. 7 gezeigt) erreicht wurde. Es besteht die Möglichkeit einer Fehlfunktion des Systems, wenn der Schaft 72 der Pipette 40 die Spitze 70 nicht am Tisch 68 aufgenommen hat. Dies könnte viele Gründe haben, z.B. weil der Bediener vergessen hat, den Tisch 68 mit einem Satz Spitzen aufzufüllen, oder weil eine Spitze beschädigt ist und somit keine ausreichende Reibung vorhanden ist, um die Spitze an dem Schaft 72 zu befestigen. Da der Strahlwinkelcodierer 152 (Fig. 4) kontinuierlich Positionsdaten an den Mikroprozessor 62 übermittelt, kennt der Mikroprozessor 62 die Position des distalen Endes des Schaftes 72. Wenn das distale Ende des Schaf tes 72 in die Nähe des Lichtstrahls 114 kommt, sollte der Lichtstrahl 114 durch die Spitze 70 unterbrochen werden, falls die Spitze 70 vorhanden ist. Das Sicherheitsniveau ist der niedrigste Punkt, an dem es der Mikroprozessor 62 gestattet, daß der Schaft 72 abfällt, ohne daß der Strahl 114 unterbrochen wird. Wird das Sicherheitsniveau erreicht, folgert der Mikroprozessor 62, daß die Spitze 70 nicht vorhanden ist, und der Vorgang setzt sich bis zum Block 174 fort, wobei der Mikroprozessor 62 das Zurückziehen der Pipette 40 auf das Transportniveau befiehlt. Wie oben erwähnt, verläßt die Pipette 40 im Transportniveau die obere Wand 104 der temperaturgeregelten Kammer 36, so daß der Schaft 72 vollständig sichtbar ist und die Bedienungsperson Abhilfe schaffen kann. Von Block 174 setzt sich der Vorgang bis zum Block 176 fort, wobei der Bedienungsperson angezeigt wird, daß Abhilfe geschaffen werden muß.
Während des normalen Betriebs des Systems 20 befindet sich die Spitze 70 auf dem Schaft 72, weshalb ohne Unterbrechung des Lichtstrahls 114 das Sicherheitsniveau am Block 172 nicht erreicht wird. Somit setzt sich der Vorgang von Block 172 entlang der Linie 178 bis zum Block 166 fort, wobei der Mikroprozessor 62 die Pipette mit der festgesetzten Geschwindigkeit weiter absenkt. Der Vorgang setzt sich mehrmals über die Blöcke 166, 168 und 170 fort, bis an der Linie 180 eine Unterbrechung des Lichtstrahls 114 auftritt. Die Unterbrechung des Lichtstrahls 114 wird dem Mikroprozessor 62 als eine Änderung des Ausgangssignals des Vergleichsschaltkreises 118 übermittelt, wobei das Signal von Binär-1 nach Binär-0 wechselt.
Falls die Pipettenspitze 70 vorhanden ist, befindet sich das Ausgangssignal des Vergleichsschaltkreises 118 bei der Unterbrechung des Lichtstrahls an der Verbindung 180 bei Binär-0, um dem Mikroprozessor 62 anzuzeigen, daß die Spitze 70 vorhanden ist und daß die Spitze 70 auf ihrer Wegstrecke in Richtung der Kartusche 72 die Position des Lichtstrahls 114 erreicht hat. Entsprechend bestimmt der Mikroprozessor 62 am Block 182 die Position des Abgabeniveaus (Fig. 7), indem er das zusätzliche Wegstück berechnet, das zum Erreichen des Abgabeniveaus durch die Spitze 70 erforderlich ist. Der Vorgang im Block 182 wird unter Bezug auf Fig. 6 näher beschrieben.
Nach Fig. 5 setzt sich der Vorgang von Block 182 entlang der Linie 186 bis zum Block 188 fort, wobei die Pipette 40 weiter abgesenkt wird, um die Spitze 70 auf das Abgabeniveau zu bringen. Das Absenken der Pipette erfolgt auf die oben unter Bezugnahme auf den Rückkopplungskreis 142 von Fig. 4 beschriebene Weise, wobei der Mikroprozessor 62 weitere Positionen entlang der Wegstrecke der Pipette eingibt, um die Spitze 70 auf das Abgabeniveau zu bringen. Dann befiehlt der Mikroprozessor 62 am Block 190 der Saugkontrolleinheit 128, um die Flüssigkeit an das ausgewählte Abteil 106 der Kartusche 22 abzugeben. Anschließend wird am Block 192 die Pipette 40 von der Kartusche 22 zurückgezogen und auf das Transportniveau gebracht. Das System 20 kann nun andere Schritte der Analysenverfahren der Proben in den einzelnen Kartuschen 22 einleiten.
Fig. 6 zeigt Einzelheiten des Vorganges am Block 182 (Fig. 5) zur Kontrolle der Füllung der Pipettenspitze und der folgenden Berechnung des zusätzlichen Wegstücks der Pipette. Der Vorgang entlang der Linie 180 läuft bis zum Block 194, wobei die Stärke des Lichtstrahls überprüft wird. Falls am Block 194 das Licht vollständig abgedunkelt ist, befindet sich das Signal des Vergleichsschaltkreises 118, wie oben erwähnt, bei Binär- 0, wodurch der Mikroprozessor 62 beim Block 198 feststellen kann, daß eine gefüllte Pipette vorhanden ist. Daraufhin liest der Mikroprozessor am Block 200 die von dem Codierer 152 (Fig. 4) angegebene momentane Pipettenposition. Anschließend werden am Block 202 die Positionsdaten der Kartusche 22 abgelesen, die in dem Speicher 154 (Fig. 4) festgehalten wurden.
Die Positionsdaten der Kartusche kennzeichnen die Position der Oberfläche der Kartusche 22 relativ zur Oberfläche 158 des Karussells 24. Da der Abstand zwischen dem Lichtstrahl 114 und der Karusselloberfläche 158 eine feste und bekannte Größe ist, entspricht die Eingabe dieser Kartuschendaten einer Mitteilung des Abstandes zwischen der Oberfläche der Kartusche 22 und dem Lichtstrahl 114 an den Mikroprozessor. Entsprechend wird am Block 204 der zusätzliche Abstand zwischen dem Strahl 114 und der Kartusche 22 zu dem vertikalen Abstand addiert, den die Pipette bereits zurückgelegt hat, wobei der vertikale Abstand durch den Codierer 152 bereitgestellt wird. Daraus ergibt sich die Ablesung des Codierers 152, die erhalten wird, wenn die Pipettenspitze 70 das Abgabeniveau erreicht. Diese Information wird von dem Mikroprozessor 62 bei dem Betrieb des Schaltkreises von Fig. 4 zur kontinuierlichen Absenkung der Pipette 40 verwendet. Dementsprechend kann der Betrieb nun entlang der Linie 186 bis zum Block 188 fortgesetzt werden, wie es oben unter Bezug auf Fig. 5 beschrieben wurde.
Auf das Zeitverlaufsdiagramm von Fig. 7 wurde bereits bei der Beschreibung des Schaltkreises von Fig. 4 und des Prozesses aus Figg. 5 und 6 Bezug genommen. In kurzer Form zeigt das Diagramm von Fig. 7 das Absenken der Pipettenspitze 70 mit einer festgelegten Geschwindigkeit während des ersten Absenkungsintervalls. Es schließt sich eine Pause an, während der der Zustand des Lichtstrahls beobachtet wird, gefolgt von der endgültigen Absenkung, bei der die Pipettenspitze 70 auf das Abgabeniveau gebracht wird. Nach Beendigung des Abgabeintervalls wird die Spitze 70 auf das Transportniveau zurückgezogen. Das Sicherheitsniveau ist zwischen dem Niveau des Lichtstrahls und dem Abgabeniveau angeordnet.
Nach der obigen Beschreibung wird der Betrieb des Analysensystems 20 auf eine Weise ermöglicht, die es erlaubt, die Pipette mit einer Genauigkeit abzusenken, die von der Position der Pipettenspitze 70 auf dem Pipettenschaft 72 unabhängig ist.
Unter Bezug auf Figg. 1, 8 und 9 wird die Konstruktion einer bevorzugten Ausführungsform des Inkubators 36 und seine Betätigung mit dem System näher erläutert. Zusätzlich zu der oberen Wand, die als Dach 104 des Inkubators 36 dient und über dem Karussell 24 angeordnet ist, enthält der Inkubator 36 auch eine untere Wand, die als Boden 280 des Inkubators 36 dient und unterhalb des Karussells 24 angeordnet ist, und zwei Seitenwände, worin eine der Seitenwände eine äußere Wand 282 ist, die sich von dem Dach 104 zu dem Boden 280 erstreckt, und die andere Seitenwände eine innere Wand 284 ist, die sich von dem Dach 104 zu einem zentralen Teil des Karussells 124 hin erstreckt. Das Dach 104 ist ringförmig. Ein oberer Bereich 286 des Inkubators 36 wird von dem Dach 104, der Oberfläche 158 des Karussells 24, der Außenwand 282 und der Innenwand 284 begrenzt. Der obere Bereich 286 des Inkubators 36 hat eine Toroidform. Der Schlitz 102 in dem Dach 104 ist relativ schmal und von einer Öse 294 umgeben. Der Schlitz 102 ist breit genug für den Schaft 72 und die am distalen Ende des Schafts 72 angebrachte Spitze 70.
Der Inkubator 36 enthält weiterhin zwei Heizelemente, nämlich ein oberes Heizelement 296, das von Dach 104 gestützt wird, und ein unteres Heizelement 298, das von dem Boden 280 getragen wird, zur Kontrolle der Inkubatortemperatur. Das untere Heizelement 298 ist einem unteren Bereich 300 des Inkubators 36 zwischen den Karussell 24 und dem Boden 280 angeordnet. In der Außenwand 282 gegenüber dem Injektor 58 ist eine Einführöffnung 302 vorgesehen, wodurch dem Ladearm Zugang verschafft wird, um eine Kartusche 22 in eine Nische des Karussells 24 einzusetzen, und um die Kartusche 22 aus der Nische 54 herauszuziehen. In dem oberen Bereich 286 ist ein Rahmen 304 angeordnet, um beim Betrieb des Systems 20 brauchbare Sensoren zu stützen, wobei einer dieser Sensoren 306 zum Messen der Inkubatortemperatur dient. Der Rahmen 304 ist mit einer Klammer 308 an der Außenwand 282 befestigt. Beispielsweise kann der Rahmen 304 als Schalttafel ausgebildet sein, an der elektronische Schaltungen (nicht gezeigt), wie ein Vorverstärker zur Verstärung elektrischer Signale des Sensors 306 angebracht sind. Weiterhin kann beispielsweise ein zusätzlicher Sensor 310 auf dem Rahmen 304 angebracht sein, um die Luftfeuchtigkeit zu messen, da es Tests gibt, bei denen die Luftfeuchtigkeit das Testergebnis beeinflußt, und die Kenntnis der Luftfeuchtigkeit eine genauere Ablesung des Tests ermöglichen kann. Elektrische Leitungen 312, 314 und 316 sind jeweils mit dem oberen Heizelement 296, dem unteren Heizelement 298, den Sensoren 306 und 310 verbunden, um diese Bestandteile mit den Schaltungen außerhalb des Inkubators 36 zu verbinden.
Erfindungsgemäß ist der Injektor 58 mit einer Tür oder einer Klappe 320 (dargestellt in Figg. 9-13) zum Schließen oder Blockieren der Einführöffnung 302 (Fig. 8) in der Außenwand 282 des Inkubators 36 ausgestattet. Gemäß einem Hauptmerkmal der Erfindung wird die Tür 320 automatisch und synchron mit dem Betrieb des Injektors 58, während des Einsetzens einer Kartusche 22 in den Inkubator 36, des Herausnehmens einer Kartusche 22 aus dem Inkubator 36, und des Ausstoßens einer verbrauchten Kartusche, nämlich einer Kartusche bei der die Testprozedur bereits abgeschlossen ist, betätigt. Insbesondere bewegt, wie nachstehend näher erläutert wird, der Positionierungsmechanismus der Tür 320 diese vor dem Einsetzen der Kartusche und auch vor dem Herausnehmen der Kartusche von der Öffnung 302 weg, um diese zu öffnen Die Tür 320 wird vor die Öffnung 302 zurückbewegt, um die Öffnung 302 nach dem Einsetzen einer Kartusche und auch nach dem Herausnehmen einer Kartusche zu schließen. Diese erfindungsgemäßen Aspekte werden in der folgenden Detailbeschreibung des Injektors 58 erläutert.
Gemäß Figg. 9 bis 13 enthält Injektor 58 einen Rahmen 322 zur Befestigung des Injektors 58 an der Außenwand 282 des Inkubators 36. Ein Gehäuse 324 erstreckt sich vom Rahmen 322 radial nach außen und stützt einen Lademechanismus 326 mit einem Ladearm 60, der eine Kartusche 22 kontaktiert, um die Kartusche 22 entlang einer Schiene 330 an der Oberseite des Gehäuses 324 vorzuschieben. Die Schiene 328 führt die Kartusche 22 entlang eines Wegs durch die Öffnung 302 in den Inkubator 36, um die Kartusche 22 in einer Nische 54 des Karussells 24 abzusetzen.
Der Lademechanismus 326 weist einen Schrittschaltmotor 330 auf (Fig. 9), der einen Riemen 332 um eine Riemenscheibe 334 antreibt, um die Verbindung mit dem Ladearm 40 über einen Vorsprung 336 (in Fig. 10 und 11 gestrichelt dargestellt) herzustellen, der sich von dem Ladearm 60 nach unten erstreckt. Durch die Verbindung des Ladearms 60 mit dem Riemen 332 wird durch die Drehung des Schrittschaltmotors 330 in eine Richtung der Arm 60 zum Inkubator 36 hin bewegt, während die Drehung des Motors 336 in umgekehrter Richtung den Arm vom Inkubator 36 zurückzieht. Der Motor 330 wird durch die Signale des Mikroprozessors 62 in gleicher Weise betrieben, wie es vorstehend für die Motoren 28, 100, 90 und 86 beschrieben wurde. Der Arm 60 erstreckt sich in Längsrichtung entlang der Schiene 328 und krümmt sich in den Endbereichen zu zwei Fingern 338 und 340 (Fig. 10) zur Aufnahme der Kartusche 22. Die Kartusche 22 wird manuell in die rechte Seite des Ladearms 60 (in der Ansicht von Fig. 10) eingesetzt. Während der Übertragung der Kartusche 22 vom Arm 60 in eine Nische 54 wird die Kartusche 22 aus dem Arm 60 befreit, indem das Karussell kurz entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Umgekehrt wird beim Herausnehmen die Kartusche 22 mit dem Arm 60 in Eingriff gebracht, indem das Karussell 24 kurz im Uhrzeigersinn gedreht wird. Beim Herausnehmen der Kartusche 22 aus dem Inkubator 36 bringt der Lademechanismus 326 den Ladearm 60 mit der Kartusche 22, wie in Fig. 11 dargestellt, in die Ausstoßposition. Daraufhin wird die Kartusche 22 von dem Ladearm 60, wie in der nachstehenden Beschreibung erläutert, durch den Betrieb einer Ausstoßeinrichtung 342 befreit.
Die Ausstoßeinrichtung 342 enthält einen Fuß 344, der sich im wesentlichen senkrecht erstreckt und in einer Querverstrebung 346 an der Spitze des Fußes 344 endet. Die Strebe 346 hat eine horizontale Bohrung 348 zur Aufnahme eines Drehzapfens 350, der sich außerhalb des Rahmens 322 so erstreckt, daß die Ausstoßeinrichtung 342 um den Drehzapfen 350 schwenkt. Die Ausstoßeinrichtung 342 enthält weiterhin eine Führung 352 am gegenüberliegenden Ende und ist mit diesem in einem integralen Formteil verbunden. Die Führung 352 enthält eine innere Seitenwand 354, die sich parallel zu dem Fuß 344 erstreckt, und eine äußere Seitenwand 356, die von der inneren Seitenwand 354 beabstandet ist und parallel zu dieser verläuft. Die Führung 352 enthält auch einen Arm 358, der sich im wesentlichen horizontal erstreckt und das obere Ende der inneren Seitenwand 354 mit dem oberen Ende der äußeren Seitenwand 356 verbindet. Das untere Ende der äußeren Seitenwand 356 ist als ein Teil 360 der Schiene ausgebildet und erstreckt sich in einer Ebene parallel zu dem Arm 358 zum unteren Rand der inneren Seitenwand 354 hin. Der Schienenteil 360 weist eine Lippe 362 auf, um die Kartusche 22 zu kontaktieren, während diese die Ausstoßeinrichtung 342 passiert. Die Ausstoßeinrichtung 342 ist in Fig. 13 in einer vertikalen Orientierung, und in Fig. 12 in einer geneigten Orientierung dargestellt, wobei die Neigung von Fig. 12 durch Schwenken um den Drehzapfen 350 erhalten wird. Der Fuß 344 bildet zusammen mit dem Arm 358 und der äußeren Seitenwand 356 einen Schwenkarm, durch den der Schienenteil in den Weg der Kartusche 22 hinein und aus diesem herausgeschwenkt wird.
Erfindungsgemäß ist die Tür 320 an einem Ende der inneren Seitenwand 354 gegenüber der äußeren Wand 382 des Inkubators 360 befestigt. Dadurch ist die Tür 320 ein integraler Teil der Abstoßeinrichtung 342, die sich gleichzeitig mit der Führung 352 bewegt und mit dem Schwenkarm um den Drehzapfen 350 schwenkt. Die Tür 320 hat eine ebene Form und ist mit ihrer ebenen Oberfläche gegenüber der Wand 382 im Inkubator 36 angeordnet. Die Tür 320 liegt fast an der Wand 282 an, ist jedoch von der Wand 282 durch einen Spaltabstand (nicht gezeigt) getrennt, um die Relativbewegung zwischen der Tür 320 und der Wand 282 zu erleichtern. Bei geneigter Ausrichtung der Ausstoßeinrichtung 342, wie in Fig. 12 dargestellt, dient die Thr 320 als Schließelement der Kartuschenausstoßöffnung 302 in der Wand 282. Bei vertikaler Ausrichtung der Ausstoßeinrichtung 342, wie in Fig. 13 dargestellt, wird die Tür 322 seitlich neben die Öffnung 302 bewegt, so daß sie die Öffnung 302 öffnet und die Kartusche 22 durch die Öffnung 302 passieren läßt.
Das Schwenken der Ausstoßeinrichtung 342 erfolgt mit einem Elektromagneten 364, der einen Stift 366 aufweist, der sich von dort diagonal zu einem geschlitzten Teil 368 der Ausstoßeinrichtung 342 erstreckt, wobei der Teil 368 auf dem Fuß 344 direkt unterhalb der Strebe 346 angeordnet ist. Das Teil 368 weist einen länglichen Schlitz 370 auf, der sich parallel zu dem Fuß 344 erstreckt. Ein Gabelelement 372 ist an einem Ende des Stabs 366 gegenüber dem Magneten 364 angebracht und weist ein Paar von Fingern 374 und 376 auf, die entlang gegenüberliegender Seiten des Teils 368 gleiten und einen Stift 378 tragen, der sich durch den Schlitz 370 erstreckt. Wenn der Magnet 364 aktiviert wird, wird der Stab 366 gegen die Kraft einer Feder 380 geschoben, wodurch ein Drehen oder Schwenken der Ausstoßeinrichtung 342 entgegen dem Uhrzeigersinn bewirkt wird, so daß die Ausstoßeinrichtung 342 in die in Fig. 13 dargestellte Position gebracht wird. Wenn der Magnet 364 deaktiviert wird, kann die Feder 380 die Ausstoßeinrichtung 342 im Uhrzeigersinn drehen oder schwenken, um die in Fig. 12 dargestellte Position einzunehmen. Der Magnet 364 wird über Signale vom Mikroprozessor 62 aktiviert, und wird von diesem gleichzeitig mit den Motoren 330 und 28 so betrieben, daß die Tür 320 zum Öffnen oder Schließen der Öffnung 302 beim Einsetzen bzw. Herausnehmen der Kartusche durch den Injektor 58 in der entsprechenden Richtung bewegt wird.
Der Schienenteil 360 dient als Verlängerung der Schiene 320, wenn sich die Ausstoßeinrichtung 342 in der senkrechten Lage von Fig. 13 befindet. Bei dieser Lage der Ausstoßeinrichtung 342 rutscht die Kartusche 22 auf der Schiene 328 und auf der Wippe 362, wobei die Kartusche durch ein am Boden 384 der Schiene 328 angebrachtes Widerlager gegen die Wippe 362 gedrückt wird. Der Boden 384 bildet die Oberseite des Gehäuses 324. Der Boden 384 hält außerdem die Kartusche 22 in der in Fig. 10 dargestellten Warteposition, wobei der Boden 384 sich in die Nähe der Ausstoßeinrichtung 342 zurückzieht, wodurch er eine Entladerutsche 386 bildet. Durch das Zurückziehen des Bodens 384 zur Ausstoßeinrichtung 342 kann die Kartusche 322 auf dem Widerlager 382 und der Wippe 362 rutschen. Beim Schwenken der Lippe 362 weg von dem Widerlager 382 fällt die Kartusche 22 unter dem Ladearm 60 in die Rinne 386 und rutscht in einen Abfallbehälter (nicht gezeigt) zum Sammeln der gebrauchten Kartuschen. Während die Lippe 362 von dem Widerlager 386 wegschwenkt, kontaktiert die innere Seitenwand 354 die Kartusche 22, wodurch die Kartusche 22 die Rinne 386 herabgeschoben wird.
Somit ermöglicht die Erfindung die Bereitstellung einer Tür für die Kartuscheneinlaßöffnung und weiterhin die Kopplung der Bewegung der Tür mit der Bewegung der Ausstoßeinrichtung. Dadurch wird im Inkubator eine bessere Temperaturregelung bewirkt, praktisch ohne die Komplexität der Injektorstruktur zu erhöhen.
Selbstverständlich dient die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsform nur der Veranschaulichung, und für den Fachmann ergeben sich Modifikationen. Entsprechend soll die Erfindung nicht auf die hier beschriebene Ausführungsform beschränkt sein, sondern ist nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

1. Automatisiertes Analysensystem (20), das mit Proben enthaltenden Kartuschen (22) arbeitet, enthaltend:

eine temperaturgeregelte Kammer (36) mit einer oberen Wand (104), einer unteren Wand (280) und einer Seitenwand (282), die die obere Wand (104) mit der unteren Wand (280) verbindet, wobei die Seitenwand die Kammer (36) umgibt und in der Seitenwand (282) eine Öffnung (302) sowie eine Tür (320) zum Schließen der Öffnung (302) vorhanden sind;

eine Vielzahl von Nischen (54), die in der Kammer (36) zur Aufnahme der Kartuschen (22) angeordnet sind;

eine in der Kammer (36) angeordnete Fördervorrichtung (24), um die Nischen (54) entlang der Seitenwand (282) und anschließend an der Öffnung (302) vorbeizutransportieren; dadurch gekennzeichnet, daß ein Injektor (58) außerhalb der Kammer (36) und an der Öffnung (302) angeordnet ist, um eine Kartusche (22) durch die Öffnung (302) in eine der Nischen (54) einzuführen und um eine Kartusche (22) durch die Öffnung (302) aus einer der Nischen (54) herauszuziehen, wobei der Injektor (58) eine Einrichtung zum Öffnen der Tür (320) vor dem Einführen der Kartusche (22) oder dem Herausziehen der Kartusche (22) sowie zum Schließen der Tür (320) nach dem Einführen der Kartusche (22) oder nach dem Herausziehen der Kartusche (22), und eine Einrichtung (342) zum Ausstoßen einer gebrauchten Kartusche (22) anschließend an das Herausziehen der Kartusche (22) aus der Kammer (36) enthält, und wobei der Injektor (58) eine Schiene (328) zum Führen einer Kartusche (22) entlang eines Weges in die Kammer (36) aufweist, wobei ein Teil der Schiene (328) in der Ausstoßeinrichtung (342) eingeschlossen ist, wobei die Ausstoßeinrichtung (342) bewirkt, daß dieser Teil der Schiene (328) während des Ausstoßens einer Kartusche (22) von diesem Weg weggeschwenkt wird, wobei durch das Schwenken des Schienenteils (328) die Kartusche (22) aus dem Weg entfernt wird, um das Ausstoßen der Kartusche (22) zu bewirken.

2. System (20) nach Anspruch 1, worin die Ausstoßeinrichtung (342) weiterhin einen Zapfen (350) und einen Schwenkarm (358) enthält, der den Zapfen (350) mit dem Schienenteil (328) verbindet, wobei der Schwenkarm (358) den Schienenteil (328) während des Schwenkens des Schienenteils (328) stützt;

wobei die Tür (320) so an dem Schwenkarm (358) befestigt ist, daß sie gleichzeitig mit dem Schwenken des Schienenteils (328) geschwenkt wird;

wobei durch das Schwenken des Schienenteils (328) durch den Schwenkarm (358) weg von dem Weg die Tür (320) in eine Stellung gebracht wird, in der die Öffnung (302) geschlossen ist, und wobei durch die Rückkehr des Schienenteils (328) auf den Weg durch den Schwenkarm (358) die Tür (320) bewegt wird, um die Öffnung (302) zu öffnen.

3. System (20) nach Anspruch 1, worin der Injektor (58) weiterhin enthält:

einen Ladearm (60) zum Greifen einer Kartusche (22), um die Kartusche (22) entlang des Weges fortzubewegen;

eine erste Antriebseinrichtung zum Schwenken des Schwenkarms (358);

eine zweite Antriebseinrichtung zum Bewegen des Ladearms (60) entlang des Weges; und

worin das System (20) weiterhin eine Einrichtung zum Snychronisieren der Betatigung der ersten und der zweiten Antriebseinrichtung aufweist, um die Öffnung (302) vor dem Einführen oder dem Herausziehen einer Kartusche (22) zu öffnen.

4. System (20) nach Anspruch 3, worin die erste Antriebseinrichtung ein Solenoid (364) enthält;

wobei die zweite Antriebseinrichtung einen Schrittschaltmotor (330) enthält; und

wobei die Synchronisiereinrichtung operativ mit der Fördervorrichtung (24) gekuppelt ist, um während des Einführens oder des Herausziehens der Kartusche (22) eine Nische (54) an der Öffnung zu positionieren, wobei die Fördervorrichtung (24) ein drehbares Karussell darstellt.