DE69229801T2

DE69229801T2 - Testmatrix zur durchführung von assays

Info

Publication number: DE69229801T2
Application number: DE69229801T
Authority: DE
Inventors: James Defreese; Bentley Durley; Carl Merkh
Original assignee: Abbott Laboratories
Current assignee: Abbott Laboratories
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2012-10-30
Also published as: EP0649534B1; EP0649534A1; JPH07501149A; CA2123785A1; DE69229801D1; ES2135419T3; EP0649534A4; US5281540A; WO1993010454A1

Description

Testmatrix zur Durchführung von Assays

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen biologischen Probenanalyzer und insbesondere einen halbautomatischen Analyzer und Untersysteme davon, die in der Lage sind, an jeder einer Mehrzahl von unterschiedlichen Proben gleichzeitig ein Panel von Assays durchzuführen. In einem Aspekt ist der Analyzer der Erfindung ausgebildet, um jede Probe einer Mehrzahl biologischer Fluidproben auf menschliche IgE-Klasse-Antikörper hin zu prüfen, die ein vorbestimmtes Panel von Allergenen kennzeichnen.
Eine beträchtliche Bevölkerungszahl zeigt in Bezug auf Substanzen wie beispielsweise Pollen, Tierschuppen oder andere häufig vorkommende allergische Substanzen eine allergische Reaktion. Ein Schlüsselelement bei der Behandlung derartiger allergischer Symptome ist die Identifizierung der speziellen Substanz, auf die eine Person allergisch sein kann. Vorhergehende Verfahren zum Bestimmen allergischer Überempfindlichkeit wurden durchgeführt, indem Tests unmittelbar an der Haut des Patienten angewandt wurden. In diesen unmittelbaren Hauttests wurden geringe Mengen verschiedener Allergene in oder unter die Haut des Patienten gespritzt und der spezielle Hautfleck anschließend untersucht, um zu bestimmen, ob eine Person auf das zuvor eingeführte Allergen allergisch ist.
Zusätzlich zur Unbehaglichkeit des Patienten können Patienten in Bezug auf bestimmte Medikamente (d. h. Antihistaminika) durch unmittelbare Hauttests nicht genau getestet werden.
Entsprechend wurden eine Reihe von In-vitro Testverfahren entwickelt. Solche Verfahren erfassen das im Serum oder Plasma zirkulierende IgE oder andere mikrobiologische Wechselwirkungen, indem ein unlöslicher fester Trägerstoff mit einer bekannten Menge eines Antigenextrakts beschichtet wird, das aus einer bekannten Allergensubstanz stammt. Der beschichtete Trägerstoff wird für gewöhnlich einer Probe des Blutserums des Patienten ausgesetzt und darin inkubiert. Wenn der Patient Träger des IgE- Klasse-Antikörpers ist, der das spezielle Allergen kennzeichnet und der die Ursache der allergischen Reaktion des Patienten auf das Allergen ist, findet während der Inkubationsdauer eine meßbare Bindereaktion am Trägerstoff statt. Die Konzentration des IgE-Antikörpers in der Probe und entsprechend der Grad allergischer Empfindlichkeit des Patienten werden daraufhin bestimmt, indem die Größe der Bindereaktion entweder visuell, photometrisch, fluorometrisch, radiologisch, enzymatisch oder durch andere bekannte Verfahrensweisen gemessen wird.
Obwohl derartige. In-vitro-Verfahren gegenüber In-vivo- Testverfahren Vorteile bereitstellen, sind sie nicht ohne Nachteile. Als erstes wird eine relativ große Blutmenge benötigt, um die Empfindlichkeit des Patienten in Bezug auf eine große Anzahl von spezifischen Allergenen zu testen. Als zweites ist das Testen von einer großen Anzahl von unterschiedlichen Allergenen in getrennten Küvetten für den Arzt oder Techniker, der den Test durchführt, lästig und zeitaufwendig.
Demzufolge wurden Anstrengungen unternommen, ein System zu entwickeln, das eine Reihe spezifischer Allergene gleichzeitig testet, indem eine einzige Probe des Blutserums des Patienten verwendet wurde. Zum Beispiel offenbaren die US-Patente Nr. 3.941.876 (Marinkovich) und 4.031.197 (Marinkovich) Verfahren zum Klassifizieren der verschiedenen IgE-Klasse-Antikörper. Das von Marinkovich gelehrte Verfahren beinhaltet das Beschichten eines länglichen zellstoffartigen Körpers wie beispielsweise einen Papierstreifen mit getrennt gekennzeichneten Allergenen, um Bänder oder Inseln zu bilden, die durch Allergen-freie Bereiche voneinander abgetrennt sind. Das beschichtete zellstoffartige Material wird dann mit einem Testserum in Berührung gebracht, so daß Serum-IgE-Klasse-Antikörper, die für die beschichteten Allergene spezifisch sind, an geeignete Bänder oder Inseln binden werden. Der zellstoffartige Körper wird daraufhin gewaschen und anschließend mit markierten Antikörpern inkubiert, die mit den anhaftenden IgE-Klasse-Antikörpern reagieren. Die Bänder oder Inseln werden dann in Bezug auf das Vorliegen der markierten Antikörper analysiert.
US-Patent Nr. 4.459.360 (Marinkovich) offenbart auch ein ähnliches Mehrfach-Komponenten-Bindeassaysystem, das eine Mehrzahl von auf einer Unterlage angebrachten beschichteten Filamenten einschließt, um eine flüssige Testprobe in Bezug auf eine Mehrzahl von Komponenten gleichzeitig zu klassifizieren. Jedes dieser Filamente, die vorzugsweise Baumwollfäden sind, wird verwendet, um ein anderes Allergen zu binden.
Ein anderes Beispiel für die gegenwärtig verfügbaren Invitro-Vorrichtungen wird im US-Patent 4.567.149 (Sell et al.) angegeben, das ein Gerät offenbart, das eine Reaktionsvertiefung zeigt, die eine Mehrzahl verlängerter Streifen enthält. Jeder Streifen wird mit einer getrennten Assay-Bindekomponente wie beispielsweise einem Antigen oder Allergen beschichtet. Die Reaktionsvertiefung ist ausgebildet, um eine flüssige Probe zur Inkubation mit den Streifen zu enthalten. Nach dem Inkubationsverfahren wird die flüssige Probe entfernt und die Bindereaktion, die auf jedem Streifen stattfand, durch bekannte Verfahren bestimmt.
Wiederum eine andere Vorrichtung, die verwendet werden kann, um eine Mehrzahl von Antikörper-Antigenreaktionen gleichzeitig während eines Vorgangs durchzuführen, wird in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 063 810 A1 (Gordon et al.) offenbart. Das Gordon-Dokument offenbart eine Vorrichtung zum Durchführen von Immunoassays. Die Vorrichtung umfaßt eine vorzugsweise aus Nitrocellulosematerial hergestellte feste, poröse Unterlage, die über darauf gebundene Antigene und/oder Immunoglobuline verfügt, und die durch direktes Auftragen der Antigene und/oder der Immunoglobuline auf das Nitrocellulosematerial erzeugt wird, wodurch eine Matrix von Testbereichen gebildet wird. Die solchermaßen gebildete Matrix umfaßt eine Mehrzahl von Punkten oder Linien des Antigens und/oder der Immunoglobuline.
Verschiedene Systeme sind verfügbar, die in Verbindung mit den oben beschriebenen Mehrfach-Komponenten-Bindeassaysystemen verwendet werden können, um die Anzahl der Reaktionen zu vervielfältigen, die in Bezug auf Trägerstoffe stattfinden. Zum Beispiel offenbart US-Patent Nr. 4.558.013 (Marinkovich et al.) ein Gerät (das in Verbindung mit einer Vorrichtung wie beispielsweise der von Sell et al. gelehrten verwendet werden kann), in dem ein Trägerstoff mit einer unbeschichteten Referenz verwendet wird, um manuel einen Streifen eines fotografischen Films herzustellen, der über eine lineare Matrix von Punkten und Streifen verfügt. Jeder Punkt oder Streifen auf dem Film verfügt über eine Schwärzung (optische Dichte) zum Anzeigen der Größe der Bindereaktion an einem speziellen Teststreifen oder -faden. Ein Abtast-Densitometer wird daraufhin verwendet, um sequentiell die Schwärzung eines jeden Filmstreifens zu messen, wodurch eine mengenmäßig Messung einer Patientenreaktion in Bezug auf verschiedene Allergene bereitgestellt wird.
Eine andere Vorrichtung, die in Zusammenhang mit den oben beschriebenen Mehrfach-Komponenten-Bindeassaysystemen verwendet werden kann, um die Reaktion eines jeden spezifischen Allergens mengenmäßig zu bestimmen, wird im US-Patent Nr. 4.510.393 9 (Sells et al.) gelehrt, das eine tragbare Photokammer offenbart, die verwendet wird, um die Größe einer chemischen Reaktion, die durch die radioaktive Strahlung von einem mit einem Spurenelement markierten Substrat hervorgehoben wird, manuell und fotografisch aufzunehmen.
Obwohl diese Verfahren gegenüber vorhergehend verfügbaren In-vitro-Verfahren und In-vivo-Verfahren Vorteile bereitstellen, sind sie dennoch eingeschränkt. Eine Haupt-Einschränkung ist die Tatsache, daß die Verfahren zum Durchführen und Messen der Reaktionen in Bezug auf die oben beschriebenen Mehrfach- Testfleckvorrichtungen eine ausgiebige manuelle Tätigkeit durch den Arzt oder Techniker erfordern, der den Test durchführt, was die Zeit, die Kosten und die Risiken erhöht, die in Zusammenhang mit derartigen Tests verbunden sind. Zum Beispiel erfordern bekannte In-vitro-Verfahren, daß die biologischen Mehrfach- Komponenten-Testträgerstoffe manuell mit der analysierten flüssigen Probe in Berührung gebracht, aus der flüssigen Probe entfernt, gewaschen und dann mit einer Lösung inkubiert werden, die für gewöhnlich einen markierten zweiten Antikörper enthält, der mit IgE-Klasse-Antikörpern in Reaktion tritt. Anschließend muß der Trägerstoff manuell aus der Lösung entfernt werden und daraufhin die Größe der daraus hervorgehenden Bindereaktion in Bezug auf die Festphase durch eine autoradiographische Analyse in Verbindung mit der densitometrischen Analyse, wie sie durch Marinkovich, Fluorometrie oder andere bekannte Verfahren vorgeschlagen wird, bestimmt werden.
Zusätzlich umfaßt der oben gekennzeichnete Waschschritt ein Mehrfach-Schritt-Verfahren, das die Entfernung von Abwasser- Fluiden (zum Beispiel gebrauchte Lösung oder Probenlösung), das Hinzugeben der Waschlösung, das Umrühren der Waschlösung über eine vorbestimmte Zeitspanne, das Entfernen der gebrauchten Waschlösung, das Hinzugeben von noch mehr Waschlösung und das zwei- oder mehrmalige Wiederholen des Zyklus einschließt, bevor das nächste Reagenzmittel hinzugegeben wird. Wenn eine Reihe von Patientenproben gleichzeitig analysiert werden muß, vervielfältigen sich weiterhin die zeitaufwendigen Erfordernisse für die manuelle Handhabung. Wenn zum Beispiel zehn Patientenproben analysiert werden müssen, könnte jeder Waschschritt alleine die Durchführung von 90 Waschvorgängen beinhalten. Dies würde wahrscheinlich ein Minimum von etwa 30 Minuten zeitaufwendiger manueller Handhabung durch den Arzt oder Techniker für jeden benötigten Waschschritt erfordern.
Eine Reihe von Analyzern zum automatischen Analysieren einer Mehrzahl biologischer Proben sind bekannt. Solche Analyzer umfassen für gewöhnlich einen automatisierten Apparat, um das Waschen, das Reagenzmittel und die Probenfluide bereitzustellen, und einen automatisierten Apparat zum Messen der Testergebnisse an den Proben. Siehe zum Beispiel die US-Patente Nr. 4.427.294 (Nardo); 4.451.433 (Yamashita, et al.); 4.406.547 (Aihara); 4.634.575 (Kawakami, et al.); 3.964.867 (Berry); und 4.061.469 (DuBose).
Obwohl diese Analyzer allgemein die Untersuchung einer Mehrzahl biologischer Proben auf das Vorhandensein einer speziellen Substanz automatisieren, ist keiner geeignet, um die Verfahren durchzuführen, die erforderlich sind, um gleichzeitig eine Mehrzahl von Patientenproben in einer Mehrzahl von Testpatronen zu analysieren, die jeweils eine Mehrzahl unterschiedlicher Teststellen enthalten und jeweils ausgebildet sind, um gleichzeitig ein vollständiges Panel von Tests an einer einzelnen Probe durchzuführen.
Verfügbare Systeme weisen weiterhin Einschränkungen auf. Zum Beispiel kann die Genauigkeit der Testergebnisse, die von Vorrichtungen wie beispielsweise von jenen durch Gordon et al. offenbarten geringer als optimal ausfallen. Da die Testpunkte in der Gordon et al. Vorrichtung durch die Berührung des spezifischen Allergens mit der Nitrocellulose und ohne ein wirkungsvolles Mittel gebildet werden, um das Allergen in einem festgelegten Bereich einzuschließen bzw. zu isolieren, wird die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der mit dieser Vorrichtung erzielten Ergebnisse beeinflußt. Speziell wenn die Punkte nahe aneinander angeordnet sind, besteht eine Möglichkeit, daß ein Allergen von einem Testpunkt auf einen benachbarten Testpunkt wandern wird, sobald das Allergen auf die Unterlage aufgetragen wird. Diese Wanderung beeinflußt nachteilig die Genauigkeit der Bestimmung der Patientenreaktion auf das Allergen, das mit dem benachbarten Testpunkt verknüpft ist. Als zweites wird die Konzentration des Allergens auf jedem Träger von Punkt zu Punkt und von Träger zu Träger variieren, da die spezifischen Allergene nicht in einem bestimmten Bereich eingeschlossen sind. Als Ergebnis werden abhängig vom verwendeten Erfassungsverfahren die Punkt-zu-Punkt-Änderungen in der Schwärzung (optischen Dichte) oder in der Intensität der optischen (oder anderen) Strahlung, die aus den Bindereaktionen an einem Punkt hervorgehen, abhängig von dem Bereich auftreten, über den das Allergen anfangs während der anfänglichen Berührung mit der Unterlage dispergiert wurde. Solche Änderungen haben eine bedeutsame nachteilige Auswirkung auf die Einheitlichkeit und Wiederholbarkeit der Testergebnisse.
Ein Gerät zum Halten einer Mehrzahl ausgewählter Fangreagenzien, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert, ist aus EP-A-353 591 bekannt. EP-A-353 591 erklärt, daß die Gräben, die bereitgestellt werden, um eine Mehrzahl von Teststellen zu isolieren, durch Vertiefungen gebildet werden, die vollständig durch eine Bindeschicht dringen und weiter in eine Klebe- und Substratschicht reichen.
Daher ist angesichts des obigen eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen biologischen Probenanalyzer bereitzustellen, der verwende t werden kann, um automatisch und gleichzeitig an jeder einer Mehrzahl von Patientenproben ein Panel von Tests durchzuführen.
Es ist eine spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Reaktionspatronenmittel bereitzustellen, die zur Verwendung in einem derartigen Analyzer ausgebildet sind, um mit einer einzigen Zugabe einer Patientenprobe und mit ausgewählten Reagenzmitteln eine Patientenprobe auf das Vorhandensein einer Mehrzahl von verschiedenen Komponenten gleichzeitig zu testen, und die Testergebnisse zur Verfügung stellen, die durch ein optisches Lesegerät direkt von der Reaktionspatrone zugänglich sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um die vorhergehenden und andere Aufgaben zu erfüllen und in Übereinstimmung mit den Absichten der vorliegenden Erfindung, werden ein Gerät und ein Verfahren, wie in den anliegenden Ansprüchen definiert, bereitgestellt.
Die vorhergehenden Aufgaben, Vorteile und neuartigen Merkmale der Erfindung werden den Fachleuten bei der Erörterung der folgenden detaillierten Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen ersichtlich. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mittels der Gerätschaften und Kombinationen erhalten werden, die in den anliegenden Ansprüchen dargelegt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines biologischen Probenanalyzers.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Reaktionspatrone und eine Teilausschnittdarstellung eines bevorzugten Patronen-Beförderungskarussell.
Fig. 3 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform des Karussells der Fig. 2, die das bevorzugte Patronen- Positionierungsmittel darstellt.
Fig. 4 ist eine Draufsicht von unten des Karussells aus Fig. 3.
Fig. 5 ist eine vergrößerte Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Reaktionspatrone.
Fig. 6 ist eine Teilansicht im Schnitt durch die Linie 6-6, die die Patrone zeigt, die im in Fig. 3 veranschaulichten Karussell angebracht ist.
Fig. 7 ist eine partielle Schnittansicht durch die Linie 7- 7, die die Patrone zeigt, die im in Fig. 3 veranschaulichten Karussell angebracht ist.
Fig. 8A ist eine vergrößerte, partiell ausgeschnittene Ansicht durch die Linie 8-8, die die Proben-Teststellen in einer bevorzugten Laminatstruktur der Testmatrix der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 8B ist eine erweiterte Ansicht des Grabens 89A.
Fig. 9 ist eine ausgeschnittene Seitenaufrißdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Auslegertechnik und der Antriebsanordnungen.
Fig. 10 ist eine Draufsicht - teilweise in Durchsicht - die den Bewegungsumfang des bevorzugten Auslegerarms darstellt.
Fig. 11 ist eine perspektivische zerlegte Ansicht - teilweise im Schnitt - einer bevorzugten Ausführungsform einer Federblatt-Befestigungsanordnung des Auslegerarms und Karussellantriebsmotors.
Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht des optischen Lesekopfes, die eine bevorzugte Ausführungsform eines optischen Lesegeräts zum Lesen der Testergebnisse darstellt.
Fig. 13 ist ein elektrisches schematisches Diagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform einer Signalverarbeitung und Steuerschaltung zur Verwendung mit dem optischen Lesegerät aus Fig. 12 veranschaulicht.
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Geräts zur Bereitstellung von Assay- Kalibrierungsdaten zur Verwendung bei der Untersuchung von Patientenproben darstellt.
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte System- Steuerarchitektur darstellt. ·
Fig. 16 ist ein zerlegte Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Abdeckung der Reaktionsvertiefung, die einen Teil der Reaktionspatrone umfaßt.
Fig. 17 ist eine andere bevorzugte Ausführungsform der Abdeckung der Reaktionsvertiefung, die einen Teil der Reaktionspatrone umfaßt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nimmt man jetzt auf die Zeichnungen und speziell auf die Fig. 1-10 Bezug, schließt ein biologischer Probenanalyzer 10 eine Bearbeitungskammer 11 ein, in der die biologischen Proben geprüft werden. Eine Kammertür 12 wird vorzugsweise mit einem Scharnier am Analyzer 10 angebracht und überlagert die Kammer 11, um sie wahlweise zu verschließen und einen Zugriff darauf zu gestatten. In der Kammertür 12 wird ein halbdurchsichtiges Sichtfenster 14 eingesetzt, das einem Betreiber erlaubt, die Aktivität innerhalb der Bearbeitungskammer einzusehen. Das Fenster 14 umfaßt vorzugsweise eine Reagenzmittel-Zugabeöffnung 16, durch die Reagenzmittel in die Kammer 11 eingegeben werden können, ohne die Kammertür 12 öffnen zu müssen.
Die Bearbeitungskammer 11 enthält ein selbsthaltendes Gestell, vorzugsweise inform eines drehbaren Karussells, das zwei Hauptzwecken dient. Als erstes umfaßt das Karussell 18 ein Mittel zum Halten und Befördern der Reaktionspatronen 80, um die Patronen so zu positionieren, daß» sie eine Probe und ausgesuchte Reagenzmittel empfangen, das für die Bearbeitung der Proben und Reagenzmittel erforderliche Umrühren bereitstellen und die Patronen zum Lesen der Testergebnisse daraus positionieren. Als zweites funktioniert das Karussell 18 als sehr genaue optische Bank, die jede Reaktionspatrone 80 genau in Bezug zu einem optischen Lesegerät 32 positioniert, das detailliert unten beschrieben wird, damit der genaue und wiederholbare Lesevorgang der Testergebnisse direkt aus der Patrone 80 erleichtert wird. Die Positionierung und Ausrichtung der Patronen 80 wird vorzugsweise ausgeführt, indem ein mit einer jeden Patrone 80 verknüpftes Dreipunktsystem verwendet wird. Das Dreipunktausrichtungssystem wird unten ausführlicher beschrieben. Das Karussell 18 schließt vorzugsweise auch ein optisches Positionierungsmittel ein, das verwendet wird, um eine genaue Ausrichtung des Karussells und des optischen Lesegeräts 32 auf eine unten detailliert beschriebene Weise bereitzustellen.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird das Karussell 18 vorzugsweise auf einer geneigten Achse angeordnet. Die Rotation des Karussells 18 um diese geneigte Achse herum sorgt für die gewünschte Umrührung der Fluide in einem Reaktionsbehälter 86 einer jeden Reaktionspatrone 80, wodurch die Reaktionen schneller und vollständiger ausgeführt werden und die Verwendung einer geringeren Menge einer Probe und von Reagenzien gestattet werden als es zuvor möglich war. Die Rotation wird vorzugsweise bei einer Drehzahl von weniger als 25 U/Min durchgeführt, um die Auswirkungen der Zentrifugalkraft zu vermeiden. Die Anmelder haben erfolgreich Drehzahlen im Bereich von 7 bis etwa 20 U/Min verwendet. Das Karussell 18 wird vorzugsweise derart geneigt, daß die Reaktionsprobe 80 oben an der Neigung ist, wenn sich eine Reaktionspatrone 80 hinten am Analyzer 10 befindet, wodurch das Sammeln des Fluids an einem Ende des Reaktionsbehälters 86 (in Richtung Oberseite der Reaktionspatrone, wie in Fig. 5 gezeigt) erzwungen wird. Wenn sich das Karussell 18 dreht, fließt das Fluid im Reaktionsbehälter 86 durch die Oberfläche einer Testmatrix bzw. eines Panels 82 in Richtung zum anderen Ende des Reaktionsbehälters, bis die Reaktionspatrone 80 die tiefste Stelle der Neigung (die zur Vorderseite des Analyzers angrenzt) erreicht. Die Fluidbewegung wird dann in der entgegengesetzten Richtung wiederholt, wenn das Karussell 18 damit fortfährt, die Reaktionspatrone 80 zurück in Richtung der höchsten Stelle der Neigung zu drehen, wodurch eine gewünschte Fluidumrührung bereitgestellt wird.
Die Neigung des Karussells 18 kann durch jeden herkömmlichen Stützaufbau hergestellt werden, wird jedoch vorzugsweise hergestellt, indem das Karussell 18 an einer Basis angebracht wird, die durch ein herkömmliches Stützmittel mit dem gewünschten Winkel geneigt ist. Ein Neigungswinkel von annähernd 10º wird gegenwärtig bevorzugt, aber wie von den Fachleuten auf dem Gebiet erkannt werden wird, kann die Neigung innerhalb eines jeden passenden Bereichs, zum Beispiel 5-20º, liegen, der für die gewünschte Umrührung sorgt.
Wie oben beschrieben, ist in Zusammenhang mit manuellen Testverfahrensweisen das Waschen der Reaktionsunterlagen bzw. -behälter bei weitem die ermüdendste und schwierigste Aufgabe für die Person, die den Test durchführt. Der gegenwärtig bevorzugte biologische Probenanalyzer 10 der vorliegenden Erfindung erübrigt diesen ermüdenden Benutzerschritt durch das Automatisieren der Waschfunktion, indem die Kombination einer mikroprozessorgesteuerten Wasch/Abwassereinheit 20 und des geneigten Karussells 18 verwendet wird.
Die Wasch/Abwassereinheit umfaßt vorzugsweise einen Behälter mit zwei Kammern, der eine Kammer 22 zum Halten einer Waschlösung und eine Kammer 24 einschließt, die das Auffangen des Abwasserfluids bereitstellt, das aus den Reaktionspatronen 80 abgesaugt wird. Eine Waschleitung 26 funktioniert sowohl als eine Abdeckung für die Kammern als auch als eine Befestigung für die Waschrohrleitung 23 und die Abwasserrohrleitung 21. Die Abdeckung 26 wird vorzugsweise mit einem geeigneten Abdichtungsmittel bereitgestellt, um die Verdampfung der in der Wasch- und Abwasserkammer 22 und 24 enthaltenen Fluide zu verhindern.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Flüssigkeitspegelfühler (nicht gezeigt) mit der Abwasserkammer 24 verknüpft sein, um zu erfassen, wann die Abwasserkammer 24 voll ist, und stellt ein Erfassungssignal bereit. Ein optischer Sensor (nicht gezeigt) kann auch bereitgestellt werden, um ein. Erfassungssignal zu erzeugen, sobald sich die Abdeckung 26 nicht in einer passenden Stellung befindet (wie beispielsweise wenn die Abdeckung und/oder der Wasch/Abwasserbehälter entfernt werden).
Es wird veranlaßt, daß das Wasch- und Abwasserfluid mithilfe peristaltischer Pumpen 25 und 27 durch die Wasch- und Abwasserrohrleitung 23 und 21 fließen. Die erste peristaltische Pumpe 25 wird betrieben, um eine Waschlösung in die Kammer 22 durch die Rohrleitung 23 zur Verfügung zu stellen, während die zweite Pumpe 27 betrieben wird, um die Abwasserfluide durch die Rohrleitung 21 und in die Abwasserkammer 24 zu saugen. Aus Gründen, die klar werden, wird die Wasserpumpe 27 vorzugsweise betrieben, um eine höhere Flußrate als die Waschpumpe 25 zu erzeugen. Solchermaßen wird der Stift 29 der Waschpumpe 25 an einem Radius angeordnet, der kleiner als der Radius des Stiftes der Abwasserpumpe 27 ist. Die Auswahl, der Aufbau und der Betrieb der geeigneten peristaltischen Pumpen sind den Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannt und eine detaillierte Beschreibung für ein vollständigeres Verständnis der Erfindung nicht nötig.
Die Wasch- und Abwasserfluide werden vorzugsweise mittels einer Fluidprobe 28, die mit der Wasch- und Abwasserrohrleitung 23 und 21 verbunden und nahe dem freien Ende eines horizontalen, drehbar befestigten Probenarms 33 befestigt wird, in die am Karussell 18 angebrachten Reaktionsbehälter 86 der Reaktionspatronen 80 eingeführt und daraus entfernt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Fluidzugang in eine Reaktionspatrone 80 bereitgestellt, sobald das Karussell 18 die Reaktionspatrone 80 an eine zuvor ausgesuchte Waschstelle leitet (vorzugsweise um die 1 Uhr-Stellung des Karussells 18 herum, sofern von der Vorderansicht des biologischen Analyzers 10 in Fig. 1 aus betrachtet). In dieser Stellung bewirkt die Neigung des Karussells 18, daß jedes Fluid im Reaktionsbehälter 86 in Richtung einer Ecke des Reaktionsbehälters 86 durch die Schwerkraft hingezogen wird. Der Probenarm 33 wird so gedreht, daß die Fluidprobe 28 über den Reaktionsbehälter 86 der Reaktionspatrone 80 positioniert wird. Der Probenarm 33 dreht sich daraufhin nach unten und bewirkt, daß sich die Probe 28 in die Ecke des Reaktionsbehälters senkt. Die Pumpe 27 oder 25 wird daraufhin betätigt, um entweder das Fluid in dem Reaktionsbehälter 86 einzuführen oder daraus abzusaugen.
Die Details des Assayprotokolls werden hiernach erörtert. Bei Durchführung eines Panels von Tests werden die Testergebnisse vorzugsweise durch ein optisches Lesesystem gelesen, das unten vollständiger beschrieben wird, das allerdings allgemein ein optisches Lesegerät 32 und eine dazugehörige Steuer- und Signalverarbeitungsschaltung umfaßt. Kurz zusammengefaßt, schließt das optische Lesegerät 32 eine Quelle optischer Strahlung, einen optischen Detektor und eine Reihe von Linsen, Öffnungen und Figuren ein. Das optische Lesegerät wird vorzugsweise in einem Lesekopf angebracht, der wiederum nahe dem freien Ende eines horizontalen, drehbar befestigten optischen Lesearms 35 angeordnet wird. Um ein Testergebnis aus einer Teststelle 84 auf einer Reaktionspatrone 80 zu lesen, wird die Reaktionspatrone 80 durch das Karussell 18 zu einer vorbestimmten Lesestelle befördert. Der Lesearm 35 wird dann über den Reaktionsbehälter 86 der Reaktionspatrone 80 gedreht, bis die zu lesende Teststelle 84 unmittelbar unter dem optischen Lesegerät 32 ausgerichtet ist. Die optische Quelle des optischen Lesegeräts 32 sendet dann einen Strahl der optischen Strahlung auf einen kleinen Abschnitt der Teststelle 84, und der optische Detektor wandelt die Intensität der optischen Strahlung, die von der diffusen Oberfläche der Teststelle reflektiert wird, in ein elektrisches Signal um. Das Signal wird daraufhin verarbeitet, um den Schwärzungswert der Teststelle 84 zu erhalten, der direkt die Konzentration einer interessierenden Bindekomponente in der biologischen Probe betrifft, die mit dem auf der Teststelle angeordneten Fangreagenz oder mit der Bindekomponente spezifisch reagiert. Unter der Mikroprozessorsteuerung bewegen sich das Karussell 18 und der optische Lesearm 35 zusammenwirkend, um das optische Lesegerät 32 über jede ausgewählte Teststelle 84 zu positionieren, u. z. bis alle ausgewählten Teststellen 84 gelesen wurden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, schließt der biologische Probenanalyzer 10 vorzugsweise auch eine Tastatur 34 ein, die durch einen Benutzer verwendet werden kann, der Daten- und Gerätfunktionsbefehle eingibt. Der Analyzer schließt vorzugsweise auch eine herkömmliche Anzeige 36 und einen Drucker 38 ein, die verwendet werden können, um den Benutzer aufzufordern, während eines Testzyklus in Aktion zu treten und um einen Satz von Testergebnissen bereitzustellen.
Die Tastatur 34 schließt vorzugsweise numerische Tasten ein, die es dem Benutzer gestatten, Daten wie beispielsweise die Assaykalibrierung oder die Patientenkennung, die zu einer bestimmten Reaktionspatrone 80 gehört, einzugeben. Die Tastatur 34 schließt vorzugsweise auch Gerätfunktionstasten ein, die zum Beispiel eine ENTER-Taste umfassen, die betrieben wird, um Daten von der Tastatur aus einzugeben, eine RUN-Taste umfassen, die betrieben wird, um ein Testverfahren einzuleiten bzw. wieder aufzunehmen, und eine INDEX-Taste umfassen, die betrieben wird, um das Karussell 18 drehbar um eine Stelle vorzurücken. Andere Tasten, die das Löschen der Tastaturdaten gestatten oder die Steuerbefehle für den Drucker bereitstellen (wie beispielsweise das Herauswerfen des Papiers oder die Pause des Testbetriebs), können ebenfalls bereitgestellt werden.
Wie oben erwähnt, wird eine gesteuerte Testumgebung vorzugsweise in der Behandlungskammer 11 bereitgestellt. Während eines exemplarischen Enzym-Immunoassays, das detailliert unten beschrieben wird, wird beispielsweise die Temperatur in der Kammer vorzugsweise bei etwa 35ºC gehalten. Die Temperatur in der Behandlungskammer 11 wird mithilfe eines oder mehrerer herkömmlicher elektrischer Heizschlangen, Ventilatoren, Temperaturfühler und einer Temperatur-Steuerschaltung auf eine den Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannte Weise passend bei einem ausgewählten Pegel gehalten. Auf einfachste Weise würde beispielsweise die Steuerschaltung arbeiten, um die Analogspannung durch den Thermistor mit einer analogen Bezugsspannung zu vergleichen, die der gewünschten Temperatur entspricht. Wenn sich die Thermistorspannung unter der Bezugsspannung befände, würde das Steuersignal ein Signal ausgeben, um den Heizer einzuschalten. Der Ventilator würde betrieben werden, um kontinuierlich die Luft in der Behandlungskammer 11 zirkulieren zu lassen. In einer bevorzugteren Ausführungsform kann jedoch ein Mikroprozessor die Temperatur in vorbestimmten Intervallen aus den Temperaturfühlern lesen und den Heizer steuern, um die Temperatur auf dem gewünschten Pegel zu halten.
Die Stellen der verschiedenen Temperatursteuerkomponenten sind nicht kritisch. Jedoch ist es vorzuziehen, daß alle angebrachten Ventilatoren bzw. die Luft aus den Ventilatoren derart geleitet wird, daß ihre unmittelbare Zirkulierung durch das optische Lesegerät 32 und das optische Bezugsmittel 70, die detailliert unten beschrieben werden, vermieden wird, um die Ablagerung von Schuttteilchen, die die optischen Messungen der Testergebnisse beeinflussen können, geringstmöglich zu halten. Die Auswahl, der Aufbau und der Betrieb der verschiedenen Temperatursteuerkomponenten sind den Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannt und weitere detaillierte Erörterungen davon für ein vollständiges Verständnis der Erfindung unnötig.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Temperatursteuerkomponenten kann ein herkömmlicher elektrischer, widerstandsartiger Heizstreifen 31 in der Reaktionskammer 11 bereitgestellt sein, und zwar nahe dem Drehpfad des Karussells 18 und diesen überlagernd, um eine zusätzliche Hitze an die Reaktionspatronen 80 anzulegen, wenn diese auf dem Karussell 18 gedreht werden. Die Verwendung eines solchen Heizstreifens 31 ist vor allem bei der Verhinderung einer Kondensierung, die sich an den Behälterabdeckungen 90 der Reaktionspatronen 86 bildet, vorteilhaft, da die Kondensierung die Konzentration der Fluide in den Reaktionsbehältern 86 beeinflussen kann, die Testergebnisse nachteilig beeinflußt und ein biologisches Risiko bildet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform schließt der biologische Probenanalyzer 10 auch ein optisches Code-Lesemittel 306, das aus einem herkömmlichen optischen Strichcode-Lesestab bestehen kann, und eine dazugehörige Verarbeitungsschaltung 308 ein (in Fig. 14 dargestellt). Wie detailliert unten beschrieben, wird das optische Code-Lesemittel 306 verwendet, um insbesondere vorteilhaft große Mengen von Assay-Kalibrierungsdaten in den biologischen Probenanalyzer 10 einzugeben, wobei die Daten dann in der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, um die von den verschiedenen Teststellen 84 an den verschiedenen Reaktionspatronen 80 erhaltenen Testergebnisse zu normalisieren. Falls erwünscht, kann ein Aufnahmefach 40 bereitgestellt werden, um das optische Code-Lesemittel 406 aufzunehmen, wenn es nicht verwendet wird.

KARUSSELL UND REAKTIONSPATRONEN

Auf die Fig. 1-7 Bezug nehmend, wird nunmehr eine detailliertere Beschreibung der Reaktionspatronen 80 und des Karussells 18 vorgenommen. Wie am besten in Fig. 5 dargestellt wird, schließt die bevorzugte Reaktionspatrone 80 eine Testmatrix 82 ein, die vorzugsweise nahe beieinanderliegend eine Matrix von Teststellen 84 einschließt. Die Testmatrix 82 ist innerhalb eines Reaktionsbehälters 86 enthalten, der durch eine Behälterwand 88 bestimmt wird. Der Reaktionsbehälter 86 wird vorzugsweise mit einer abnehmbaren, bevorzugt durchsichtigen Behälterabdeckung 90 bereitgestellt, die vorzugsweise eine Reagenzmittelöffnung 92 umfaßt, um die Abgabe und Entfernung der Fluide aus dem Reaktionsbehälter 86 zu erleichtern.
Die Behälterabdeckung 90 wird vorzugsweise aus einer oder mehreren Schichten eines dünnen durchsichtigen Materials mit ziemlich elastischen Eigenschaften wie beispielsweise einem Polyesterfilm hergestellt. Ein geeigneter Polyesterfilm ist als MYLAR® im Handel erhältlich. Die Öffnung 92 wird vorzugsweise durch mehrere Schlitze in der Behälterabdeckung 90 bestimmt. Die Schlitze werden vorzugsweise in einer der unteren Ecken des Reaktionsbehälters 86 verteilt und angeordnet, um eine allgemein T- oder Y-förmige Öffnung zu bestimmen. Alternativ kann die Öffnung 92 ein Loch sein, das groß genug ist, um das Ende der Fluidprobe 28 durchzulassen. Da die Abdeckung 90 aus einem ziemlich elastischen Material hergestellt wird, sorgt diese Anordnung für eine sich selbstabdichtende Öffnung. Die Abdeckung 90 wird vorzugsweise abnehmbar oben an der Behälterwand 88 angeklebt, indem ein geeigneter Kleber verwendet wird.
Eine einzige Schicht des Polyesterfilms reicht allgemein aus. Jedoch kann ein zweites Verschlußkappensystem, das in einer zweiten Schicht der Polyesterschicht ausgebildet und an der Unterseite einer ersten Schicht des Polyesterfilms der Abdeckung befestigt wird, die Abdichtungsfähigkeiten der Schlitze der Öffnung 92 der Abdeckung 90 weiter verbessern.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der zweifach beschichteten Abdeckung, die das zweite Verschlußklappensystem einschließt, wird in Fig. 16 veranschaulicht. Die Abdeckung 90 schließt eine erste Schicht 400 ein, die durch einen geeigneten Kleber an einer zweiten Schicht 402 haftet. Die erste Schicht 400 schließt drei Schlitze ein, die sich an einem einzigen Punkt schneiden und in einer allgemein T- oder Y-förmigen Anordnung aufgebaut sind. Die T- oder Y-förmige Schlitzanordnung bestimmt eine erste Schichtöffnung 406 mit einer ersten drehbaren Klappenanordnung. Die zweite Schicht 402 schließt ein Paar Schlitze 412, 414 ein, die in einer allgemein V-förmigen Anordnung aufgebaut sind, die eine zweite Schichtöffnung 408 mit einer drehbaren Klappenanordnung der zweiten Schicht bestimmt. Wie in Fig. 16 gezeigt, werden die drehbare Klappenanordnung der ersten Schicht und die drehbare. Klappenanordnung der zweiten Schicht derart angeordnet, daß die Schlitze einer jeden Öffnung 406 nicht direkt ausgerichtet werden. Auf diese Weise dichtet die Verschlußklappe der zweiten Schicht 402 die Schlitze der Öffnung 406 in der ersten Schicht 400 ab. Die Verschlußklappenbereiche beider Schichten enthalten nur ganz wenig oder keinen wirksamen Kleber, um den freien Betrieb zu gewährleisten.
Fig. 17 veranschaulicht eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer zweifach beschichteten Abdeckung 90, die ein zweites Verschlußklappensystem einschließt. Die erste bzw. obere Schicht 401 hat einen Y-förmigen Öffnungsaufbau, der der Öffnung 406 der ersten Schicht 400 der in Fig. 16 dargestellten und oben erörterten Ausführungsform gleicht. Die zweite Schicht 404 schließt Schlitze 416, 418 und 420 ein. Die Schlitze 416 und 418 sind derart angeordnet, daß sie eine allgemein Y-förmige Schlitzanordnung bestimmen. Die Schlitze 418 und 420 sind derart angeordnet, daß die zwei Schlitze 418 und 420 eine allgemein V- förmige Anordnung bestimmen. Die drei Schlitze 416, 418 und 420 bestimmen eine zweite Schichtöffnung 410 mit einer zweiten Schicht-Verschlußklappenanordnung. So wie mit der in Fig. 16 dargestellten Ausführungsform werden die Verschlußklappenanordnung der Öffnung 403 und die Verschlußklappenanordnung der Öffnung 410 derart angeordnet, daß die Schlitze beider Öffnungen 403, 410 nicht direkt ausgerichtet sind.
In Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen der in den Fig. 16 und 17 dargestellten Öffnung 92 wird, wenn die Probe bzw. Spritzennadel beispielsweise die Reaktionsbehälter 86 durch die Schlitze an der Y-förmigen Öffnung in der ersten bzw. der oberen Schicht durchdringt, die Scharnierklappe in der Unterseite bzw. zweiten Schicht nach unten gestoßen, wodurch die Öffnung 92 geöffnet wird. Wenn die Probe 28 bzw. Nadel zurückgezogen wird, kehrt die Scharnierklappe in ihre Normalstellung zurück und dichtet die Schlitze der Öffnung 92 ab, wodurch die Abdichtungsfähigkeiten der Öffnung 92 weiterhin verbessert werden.
Die Reaktionspatrone 80 schließt vorzugsweise auch ein Codemittel 94 wie beispielsweise einen optischen Strichcode ein, der auf der flachen Oberfläche 91 der Reaktionspatrone 80 angebracht ist oder darauf abgedruckt wird. Der Strichcode 94 ist ausgebildet, um von einem optischen Lesegerät 32 oder einem anderen herkömmlichen optischen Lesemittel gelesen zu werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform schließt der Strichcode 94 einen Chargencode ein, der vorteilhafterweise verwendet wird, um auf gespeicherte Assay-Kalibrierungsdaten zuzugreifen, die der geprüften besonderen Reaktionspatrone 80 entsprechen. Eine detailliertere Beschreibung dieses Merkmals wird unten ausgeführt.
Die Reaktionspatrone 80 umfaßt vorzugsweise auch ein Panel 96, das Information wie beispielsweise das, Ablaufdatum der speziellen Reaktionspatrone umfassen kann, sowie die Chargennummer des speziellen Panels der zur Herstellung der Reaktionspatrone verwendeten Fangreagenzien oder Assaybindekomponente und einen Abschnitt, auf dem der Benutzer manuell die Information wie beispielsweise die Patientenkennung und/oder das Datum der geprüften Probe aufzeichnen kann.
Nimmt man jetzt speziell auf die Fig. 2-4 Bezug, so schließt das Karussell 18 eine Mehrzahl von Öffnungen 98 ein, die ausgebildet sind, um die Reaktionspatronen 80 aufzunehmen. Verschlußmittel werden auf dem Karussell 18 und den Reaktionpatronen 80 bereitgestellt, die zusammenwirken, um jede Reaktionspatrone 80 in einer genau vorbestimmten Stellung in der Öffnung 98 genau zu positionieren und zu verschließen. Eine solche Positionierung wird bevorzugt, um Veränderungen in der Positionierung der Reaktionsträger in Bezug auf das optische Le segerät 32 und die begleitenden stellungsbedingten Veränderungen in den Lesevorgängen der Testergebnisse von Träger zu Träger zu minimieren.
Vorzugsweise wird ein Dreipunktsystem verwendet, um jede Patrone 80 in einer Öffnung 98 zu positionieren und zu verschließen. Das Dreipunktsystem schließt ein Mittel zum Positionieren und Verschließen der Reaktionspatrone 80 in jeder von drei vorbestimmten Dimensionen ein; d. h in einer radialen Richtung, einer Umfangsrichtung und einer senkrechten Richtung. Eine radiale Richtung wird hierin als eine Richtung definiert, die sich radial aus der Mitte des Karussells 18 erstreckt, und eine Umfangsrichtung wird hierin als eine Richtung um den Außenumfang eines imaginären Kreises herum definiert, der mit dem Karussell 18 konzentrisch ist.
Vorzugsweise schließt das Mittel zum Positionieren einer Patrone 80 in der senkrechten Richtung einen Satz von Lappen 100, 102 und 104 ein, die in vorbestimmten senkrechten Abständen über der Oberfläche des Karussells 18 angebracht und ausgebildet sind, um in das obere Ende der flachen horizontalen Oberfläche 93 der Reaktionspatrone 80 einzugreifen. Das Positionierungsmittel umfaßt des weiteren vorzugsweise ein Mittel zum senkrechten Vorspannen der Reaktionspatrone 80 auf eine Weise, daß die Oberfläche 83 fest mit den Lappen 100, 102 und 104 im Eingriff steht.
Das bevorzugte Mittel zur senkrechten Verspannung umfaßt Quetschklemmen 106, die vorzugsweise durch Formgießen oder durch ein anderes geeignetes Herstellungsverfahren integral in der Oberfläche des Karussells 18 ausgebildet werden. Die Quetschklemmen 106 umfassen vorzugsweise eine erste gewinkelte Oberfläche 108 und eine zweite gewinkelte Oberfläche 110. Die erste gewinkelte Oberfläche 108 ist ausgebildet, um in eine sich senkrecht erstreckende querliegende Rippe 112 auf der Unterseite der Reaktionspatrone 80 einzugreifen, wenn die Reaktionspatrone 80 radial in die Öffnung 98 eingesteckt wird, und um die Quetschklemme 106 nach unten zu drücken, damit das Einrasten der Patrone erlaubt wird. Die zweite gewinkelte Oberfläche 110, die vorzugsweise der ersten gewinkelten Oberfläche 108 entgegengesetzt geneigt wird, ist ausgebildet, um in die Rippe 112 der Reaktionspatrone 80 einzugreifen, nachdem sie sich über die Oberfläche 108 passiert, um die Patrone 80 in der Stellung zu verschließen. Die gewinkelte Oberfläche 110 spannt die Rippe 112 und solchermaßen die Patrone 80 nach oben vor, so daß die flache horizontale Oberfläche 93 fest in die Lappen 100, 102 und 104 eingreift. Die gewinkelte Oberfläche 110 funktioniert auch, um die Reaktionspatrone 80 in der vorbestimmten senkrechten Stellung zu verschließen.
Vorzugsweise werden die Rippen 112 aus demselben Material wie die Basis der Reaktionspatrone 80 hergestellt und als ein integraler Bestandteil davon ausgebildet, beispielsweise durch ein herkömmliches Kunststoff-Formgußverfahren. Wie am besten in Fig. 6 dargestellt, schließt die bevorzugte Reaktionspatrone 80 zusätzlich zu den Rippen 112 auch eine flache, im wesentlichen senkrechte Wand 114 auf der Vorderseite der Patrone 80 ein. Die senkrechte Wand 114 ist ausgebildet, und in einen im wesentlichen senkrechten, passenden Wandabschnitt 116 auf dem Karussell 18 einzugreifen. Der Karussell-Wandabschnitt 116 wird vorzugsweise als ein sich dem Umfang nach erstreckender Wandabschnitt angeordnet, wie am besten in den Fig. 2 und 3 zu sehen ist. Die passenden Wände 114 und 116 schließen vorzugsweise mindestens einen Berührungspunkt ein, der tangential zu dem sich dem Umfang nach erstreckenden Wandabschnitt 116 liegt. Die gewinkelten Oberflächen 110 der Quetschklemmen 106 wirken, um die Patrone derart in eine nach vorne oder nach innen gehende radiale Richtung zu drücken oder zu spannen, daß die passenden Wände 114 und 116 am Berührungspunkt fest im Eingriff stehen und die Patrone 80 in einer genau vorbestimmten radialen Stellung verriegelt wird.
Das Mittel zum Positionieren einer Patrone 80 in einer Umfangsrichtung umfaßt vorzugsweise mindestens einen und bevorzugt eine Mehrzahl von Umfangs-Berührungspunkten zwischen dem Karussell 18 und der Reaktionspatrone 80 und ein Mittel zum umfangsmäßigen Vorspannen der Patrone, um an diesen Umfangs- Berührungspunkten fest mit dem Karussell 18 im Eingriff zu stehen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Karussell 18 senkrechte Wände 122, die beispielsweise durch ein herkömmliches Kunststoff-Formgußverfahren vorzugsweise als ein integraler Bestandteil des Karussells 18 ausgebildet sind. Die senkrechte Wand 122 umfaßt einen sich radial erstreckenden Abschnitt 124, der einen ersten Umfangs-Berührungspunkt 118 einschließt, und einen gewinkelten Abschnitt 126, der einen zweiten Umfangs-Berührungspunkt 120 einschließt. Die bevorzugte Reaktionspatrone 80 umfaßt eine Wand, die so geformt ist, daß sie mit einer senkrechten Wand 122 zusammenpaßt, und die eine radialen Abschnitt 128 einschließt, der ausgebildet ist, um in den - ersten Berührungspunkt 118 einzugreifen, und einen gewinkelten Abschnitt 130 einschließt, der ausgebildet ist, um in den zweiten Berührungspunkt 120 einzugreifen.
Wie am besten in den Fig. 2 und 7 dargestellt, ist eine sich senkrecht erstreckende Quetschklemme 132, die vorzugsweise als ein integraler Bestandteil eines zweiten gewinkelten Abschnitts 131 der Wand 122 des Karussells 18 ausgebildet ist, ausgebildet, um in eine gewinkelte Seitenwand der Patrone 80 gegenüber der Wand 130 einzugreifen und um die Patrone 80 in einer Umfangsrichtung gegen die Berührungspunkte 118 und 120 vorzuspannen. Die Quetschklemme 132 schließt vorzugsweise den zuvor beschriebenen Lappen 102 als ihren integralen Bestandteil ein.
Um die Ausrichtung der Patrone 80 zu erleichtern, wenn sie in eine Öffnung 98 des Karussells 18 eingeführt wird, wird eine zweite sich radial erstreckende Wand, die der Wand 122 gegenüberliegend angelegt ist, auf dem Karussell 18 bereitgestellt, und eine entsprechende passende Wand wird auf der Reaktionspatrone 80 bereitgestellt.
Wie am besten in Fig. 6 gezeigt, schließt die Patrone 80 vorzugsweise eine Reihe von Rippen 138 ein, die unter der Oberfläche 93 liegen und die einem Benutzer eine Greiffläche bereitstellen, um die Patronen in das Karussell 18 zu stecken oder um die Patronen aus dem Karussell 18 zu entfernen.
Wie am besten in Fig. 3 dargestellt, schließt das Karussell 18 vorzugsweise ein optisches Positionierungsmittel 140 ein. Das optische Positionierungsmittel 140 umfaßt vorzugsweise eine quaderartige Struktur 142, die oben auf einer sich senkrecht erstreckenden Basis befestigt wird. Obwohl andere Formen für die Struktur 142 verwendet werden könnten, wird die quaderartige Struktur bevorzugt, da die Kanten einer solchen Struktur in Bezug auf den gekrümmten Bewegungspfad des optischen Lesegeräts 32 als normal erscheinen. Die Basis erstreckt sich vorzugsweise um einen vorbestimmten Abstand derart senkrecht aus der Oberfläche des Karussells 18, daß das obere Ende der quaderartigen Struktur 142 in derselben Höhe wie die Oberfläche einer Testmatrix 82 angeordnet wird, sobald sich eine Reaktionspatrone in der Verschlußstellung im Karussell 18 befindet.
Das optische Positionierungsmittel 140 wird vorteilhaft verwendet, um einen Nullstellenbezug zu bestimmen, von dem aus die genaue Lage einer jeden Teststelle 84 einer jeden Reaktionspatrone 80 auf dem Karussell 18 für den genauen Zugriff durch das optische Lesegerät 32 berechnet werden kann. Um die Stellungen der Teststellen 84 (oder irgendeiner anderen Stelle auf einer Reaktionspatrone) genau zu bestimmen, dreht der optische Lesearm 35 das optische Lesegerät 32, um das optische Positionierungsmittel 140 abzutasten. Das optische Lesegerät 32 tastet die quaderartige Struktur sowohl in der radialen als auch Umfangsrichtung ab. Bei jedem Abtasten führt das optische Lesegerät 32 auf eine unten detailliert beschriebene Art und Weise eine Mehrzahl einheitlich, beabstandeter optischer Reflexionsintensitäts-Lesevorgänge durch. Beim Vergleichen der Intensität der aufeinanderfolgenden Reflexions-Lesevorgänge werden die genauen Stellen der Kanten der quaderartigen Struktur bestimmt. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Stellen der Kanten als Anzahl der Schrittmotorzählwerte des Auslegerarms 30 und des Karussells 18 von vorbestimmten Bezugspunkten aus dargestellt. Nachdem die Kantenstellen der quaderartigen Struktur bestimmt werden, wird die Mitte der quaderartigen Struktur 142 leicht abgeleitet, indem die Abstände zwischen den gegenüberliegenden Kanten durch zwei geteilt werden und das Ergebnis zur Anzahl der Schritte zwischen dem Bezugspunkt des Auslegerarms 30 oder Karussells 18 und der Kante addiert wird. Kennt man die Nennabmessung des Karussells 18 und der Patronen 80, kann daraufhin die Lage einer jeden Teststelle 84 oder einer anderen Stelle in Bezug auf die Null-Bezugskoordinaten berechnet werden.
Wie in Fig. 4 gezeigt, werden codierende Kreisringsegmente 141, die - wie hierin detailliert beschrieben - mit einem Optoschalter gelesen werden können, um das Karussell 18 herum gesetzt. Die Kreisringsegmente 141 variieren vorzugsweise in der Länge, um jede Station zu kennzeichnen.
Vorzugsweise werden das Karussell 18 und die Patrone 80 aus einem synthetischen Kunststoffmaterial formspritzgegossen. Für das Karussell 18 wird ein Acetalmaterial bevorzugt. Ein geeignetes Material für die Patrone 80 ist als ABS-Kunststoff im Handel erhältlich.

TESTMATRIXAUFBAU

Wie oben dargelegt, umfaßt die bevorzugte Reaktionspatrone 80 einen Reaktionsbehälterabschnitt 86, der eine Testmatrix 82 enthält und ausgebildet ist, um eine Patientenprobe und ausgewählte Reagenzien während eines Testes mit der Testmatrix 82 in Berührung zu bringen.
Auf Fig. 8 Bezug nehmend, ist die Testmatrix 82 vorzugsweise eine Laminatstruktur, die eine Bindeschicht 83 umfaßt, die an ein nicht-absorbierendes Substrat 85 geklebt ist, das zum Binden der Schicht 83 einen Kunststoff-Film mit einer Klebeschicht 87 umfaßt. Es wurde befunden, daß die poröse Struktur von Nitrocellulose über hervorragende Absorptions- und Adsorptionsfähigkeiten für eine große Vielfalt von Fluid- Fangreagenzien verfügt, die in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden können, und sie wird daher zur Verwendung bevorzugt. Nylon besitzt ebenfalls ähnliche Eigenschaften und ist eine geeignete Bindeschicht. Vorzugsweise hat eine Nitrocellulose-Bindeschicht 83 eine mittlere Dicke von etwa 0,006 Zoll (150 um) (im Bereich von etwa 115 bis 180 um) und eine Porengröße von etwa 0,45 u, obwohl innerhalb dieser Parameter ein Spielraum zulässig ist. Vorzugsweise wird auch eine Bindeschicht 83 in Bezug auf die DNA-Hybridisierungs- Fähigkeit geprüft, um Proteine oder andere Materialien zu binden. Ein Nitrocelluloseprodukt, das in der bevorzugten Ausführungsform als gut arbeitend befunden wurde, ist von Millipore (Bedford, MA) erhältlich und wird als HAHY- Nitrocellulose bezeichnet.
Das nicht-absorbierende Substrat 85 ist geeigneterweise ein Polyesterfilm wie beispielsweise MYLAR®-Kunststoff, der in etwa 0,050 mm (0,002 Zoll) dick ist. Die Bindeschicht 83 wird vorzugsweise durch eine hydrophobe Klebeschicht 87 - wie beispielsweise einem Druckempfindlichen Akrylkleber - am nichtabsorbierenden Substrat 85 gebunden. Ein mit Kleber versehener Polyesterfilm ist von verschiedenen Quellen wie beispielsweise Derma FLEX PM-200-Clear, H526-Kleber auf 150 Polyester, SC-9, im Handel von FLEXcon (Spencer, MA) erhältlich, sowie 2 mm REVEAL- Marke Polyester, S-815M Kleber auf 2,0 Mil. Clear Poly Liner (im Handel von FASSON Roll Films Division erhältlich), im Handel erhältlich. Die gesamte Laminatstruktur, die die Testmatrix 82 umfaßt, ist etwa 0,3048-0,4064 mm (0,012-0,016 Zoll) dick. Rollen des Laminatmaterials (Nitrocellulose-Klebe-Nicht-Poröses- Stützsubstrat), die zur Verwendung in der Testmatrix 82 der vorliegenden Erfindung bevorzugt werden, werden von Millipore (Bedford, MA) hergestellt, indem ihre Nitrocellulose mit dem mit Kleber versehenem Film kombiniert wird, und sind im Handel erhältlich.
In einer bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung der Testmatrix 82 werden die Rollen des Laminatmaterials (Millipore) in Platten (nicht gezeigt) geschnitten, die etwa 127 mm (5 Zoll) breit mal 152,4 mm (6 Zoll) lang sind. Jede Platte wird zur Ausrichtung während des Herstellungsverfahrens mit Richtlöchern durchstanzt. Die Teststellen 84 können durch eine Vielzahl von Verfahren gebildet werden. Ein Laser kann verwendet werden, um die Laminatmaterial-Bindeschicht 83 zu ätzen, was zur Bildung der Teststellen 84 führt. Die Teststellen können ebenso durch Ultraschall in der Bindeschicht 83 ausgebildet werden, indem ein unten beschriebenes Ultraschallhorn verwendet wird. Eine Matrix von Teststellen wird aus der Teststellenmatrixplatte geschnitten, um eine Testmatrix 82 zu bilden, die an der Unterseite des Behälters 86 einer Reaktionspatrone 80 befestigt wird, indem ein Kleber verwendet wird. Dies kann entweder vor dem Auftragen der Fangreagenzien auf die Teststellen 84 oder danach durchgeführt werden. Vorzugsweise ist der Kleber ein doppelseitiger Klebefilm wie beispielsweise ein doppelseitiges Klebeband. Die Testmatrix 82 wird vorzugsweise am Behälter 86 befestigt, so daß sich das obere Ende der Testmatrix 82 einheitlich in einem konstanten Abstand zur Unterseite des Behälters 86 befindet.
Wie in den Fig. 5 und 8 dargestellt, enthalten die Testmatrizen 82 kreis- oder ringförmige Vertiefungen 89, die eine Mehrzahl von isolierten Teststellen 84 erzeugen, die aus einem von einem Luftgraben 99 umgebenen Bindeschichtmaterial 83 zusammensetzt sind. Jede Teststelle 84 ist ausgebildet, um eine Reaktion zwischen einem Fangreagenzmittel und einer spezifischen Bindekomponente in einer Testprobe zu unterstützen und um den Fluß des Fangreagenzmittels, das auf die Teststelle 84 aufgetragen wird, auf einen spezifischen isolierten Bereich zu beschränken. Die Teststellen 84 und die Gräben 99 werden durch die Bildung der Vertiefungen 89 erzeugt. Die Vertiefungen 89 werden gebildet, indem durch die erhobenen Wülste eines Ultraschallhorns (nicht gezeigt) Ultraschallenergie an dem Laminatmaterial angelegt wird. Wenn das Ultraschallhorn gegen das Laminatmaterial gedrückt wird, drücken die Wülste das Bindeschichtmaterial 83 zusammen und die Ultraschallenergie erhitzt das Laminatmaterial an der Berührungsseite zwischen dem Laminatmaterial und den Wülsten. Dies führt zu mehreren Formen von Vertiefungen 89 (s. Fig. 8A). Als erstes veranschaulicht die Vertiefung 89A ein komprimiertes Bindeschichtmaterial 83 (in Fig. 8A und B gezeigt), das eine hydrophobe Schranke (d. h. wässrige Lösungen können nicht durch das Material fließen) zwischen den Teststellen 84A und 84B wird. Dieses Phänomen wird nicht ganz verstanden; jedoch ist eine Erklärung die, daß das Klebeschichtmaterial 87 und/oder das nicht-absorbierende Substratmaterial 85 als ein Ergebnis der Ultraschallenergie teilweise schmilzt und daß die Schmelze sich mit dem komprimierten Bindeschichtmaterial 83 vermischt, um die hydrophobe Schranke 95 zu bilden. Als zweites wird das komprimierte Bindeschichtmaterial 83 (in Fig. 8A, 89B gezeigt) Ultraschall-geschnitten, und die Vertiefung 89 erstreckt sich in die Klebeschicht 87. Als drittes wird das komprimierte Bindeschichtmaterial 83 (in Fig. 8A, 89C gezeigt) Ultraschall-geschnitten, und die Vertiefung 89 erstreckt sich in die nicht-adsorbierende Substratschicht 85. Vorzugsweise erstrecken sich die Vertiefungen 89 im wesentlichen durch die poröse Bindeschicht 83, so daß es wenige - falls überhaupt - Poren gibt, die die angrenzenden Teststellen 84 verbinden, durch die die Fangreagenzmittel fließen könnten.
Die Ultraschallhornwülste werden vorzugsweise etwa 0,7874 mm (0,031 Zoll) über der Ultraschallhornfläche erhöht und sind vorzugsweise rund. Das Ultraschallhorn kann mit einer Wulst oder einer Gruppe von Wülsten ausgebildet sein, die jedesmal, wenn das Horn an das Laminatmaterial angelegt wird, eine einzige Teststelle 84 bilden, oder es kann mit mehreren Gruppen von Wülsten derart aufgebaut sein, daß bei jeder Anlegung des Horns an das Laminatmaterial mehrere Teststellen 84 gebildet werden. Die Ultraschallenergie wird dem Ultraschallhorn durch ein Ultraschallgerät wie beispielsweise dem Branson Model 947M/941AES oder seinem Äquivalenten geliefert. Die Tiefe und Beschaffenheit der Vertiefungen 89 werden durch die Auswahl von Parametern für das Ultraschallgerät eingestellt. Für Nitrocellulose liegt der Gesamtdruck des Ultraschallhorns vorzugsweise im Bereich von etwa 17,225 · 10&sup4; Pa (25 psi) bis etwa 31,005 · 10&sup4; Pa (45 psi) und am bevorzugtesten bei etwa 24,13 · 10&sup4; Pa (35 psi). Die Haltezeit kann von etwa 100 ms bis etwa 850 ms variieren; die Schweißzeit kann im Bereich von etwa 100 ms bis etwa 250 ms liegen; und die Hornfrequenz liegt vorzugsweise bei etwa 40 kHz.
Wie in Fig. 5 gezeigt, wird in einer bevorzugten Ausführungsform eine Mehrzahl von Teststellen 84, die durch sie umgebende Gräben 99 isoliert werden, in einer vorbestimmten zweidimensionalen Matrix auf der Testmatrix 82 angeordnet. Jede Teststelle 84 ist vorzugsweise etwa 2,54 mm (0,1 Zoll) im Durchmesser und jede Grube 99 etwa 0,254 mm (0,01 Zoll) dazwischen. Es ist vorzuziehen, aber nicht wesentlich, eine Matrix zu verwenden, worin die Gräben 99 beträchtlich einander überlagern. Auf diese Weise wird die Zahl der Teststellen 84 auf einer Testmatrix 82 maximiert. Zusätzlich kann die Empfindlichkeit verbessert werden, indem der Anteil des nicht verwendeten Bindeschichtmaterials reduziert wird, der mit den Teststellen um die Assaybindekomponente im Wettstreit steht.
Die zweidimensionale Matrix der Teststellen 84 kann in der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform durch das wiederholte Anlegen eines Ultraschallhorns erreicht werden, das über eine Matrix von sechs ringförmigen Wülsten verfügt. Ein Hochpräzisions-X-Y-Positionierungstisch, der von hochauflösenden, rechnergesteuerten Schrittmotoren angetrieben wird, wird verwendet, um die Laminatmaterialplatte unter dem Horn auszurichten. Vorteilhafterweise kann ein einziges Programm verwendet werden, um sowohl die Plattenbewegung als auch die Hornbewegung zu steuern. Eine Vielzahl von Löchern wird in der Platte ausgebildet und mit einer Vakuumquelle verbunden, so daß die Platte genau ausgerichtet fest auf dem Tisch gehalten werden kann, indem die Ausrichtungslöcher über Positionierungsstifte auf dem Tisch gesetzt werden. Im Anschluß an jede Anlegung des Ultraschallhorns wird die Platte um ein Inkrement in die X- Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung bewegt, wie es angemessen ist, um die in Fig. 5 gezeigte bevorzugte Matrix zu erzeugen. Alternative Matrizen hängen vollständig von der Fertigkeit des Durchschnittsfachmanns auf diesem Gebiet ab.
Wenn eine gewünschte Matrizenanzahl auf eine Platte des Laminatmaterials geschweißt wird, ist die Platte für den Zusatz eines oder mehrerer ausgesuchter Fangreagenzien bzw. Assaybindekomponente fertig. Die Begriffe Fangreagenzmittel und Assaybindekomponente werden hierin austauschbar verwendet und bedeuten jede Zusammensetzung, die in der Lage ist, direkt oder indirekt einen gewünschten Bestandteil aus einer biologischen Testprobe zu binden. Zum Beispiel kann ein Fangreagenzmittel- Bindebestandteil Antikörper, Antigene, Biotin, Antibiotin, Avidin, Lektin oder Peptid-Sequenzproben sowie Kombinationen des obigen einschließen. Für gewöhnlich werden Reagenzmittel mit oder ohne Stabilisatoren, die detaillierter unten erörtert werden, in wässrige Lösungen abgegeben.
In einer vorliegend bevorzugten. Ausführungsform ist das Fangreagenzmittel ein spezifisches Allergen, das menschliche IgE-Klasse-Antikörper aus einer Patientenserumprobe an sich bindet. Eine ziemlich verständliche Zusammenstellung derartiger Allergene findet man im EP 106324, die im Namen von AXONICS angemeldet wurde. Natürlich ist es auch möglich, Antikörper als Fangreagenzmittel zu verwenden, um die Antigene aus der Patientenprobe zu binden. Proben können Serum, Blut, Urin, CSF, Speichel und dergleichen umfassen.
Vorteilhafterweise wird ein anderes Fangreagenzmittel an jede Teststelle 84 abgegeben, so daß auf das Vorhandensein von Bindebestandteilen, die für jedes eines Panels unterschiedlicher Fangreagenzien spezifisch sind, eine, einzige Probe gleichzeitig geprüft werden kann. Einige. Teststellen 84 können über einen Analyten verfügen, der dazugegeben wird, um als positive Kontrollstellen zu dienen. Andere Teststellen 84 können über keine dazugegebene Reagenzien verfügen und als negative Kontroll- oder Vergleichsstellen dienen. Vorzugsweise werden etwa 1,1 bis 5 VII, bevorzugter etwa 1,25 bis 4,0 VII, und am bevorzugtesten etwa 1,5 bis 2,5 uL an Fangreagenzmittellösung an jede Teststelle 84 abgegeben. Diese Menge übersteigt diejenige, die durch die Poren der Nitrocellulose, die jede Teststelle 84 umfaßt, absorbiert oder adsorbiert werden kann, und das überschüssige Reagenzmittel wird über die Teststelle 84 sicken, bis es trocknet und verdampft. Wenn eine bedeutend größere Menge des Fangreagenzmittels abgegeben wird, kann jedoch das Reagenzmittel den Graben 99 füllen und angrenzende Teststellen 84 kreuzen, was zu fehlerhaften Testergebnissen führen könnte. Da die Vertiefungen 89 überdies hydrophob sind, kann eine beträchtliche Flüssigkeitsmenge hinzugefügt werden, bevor die Flüssigkeit diese hydrophobe Schranke überqueren wird. Dies erlaubt die Überladung des Reagenzmittels auf jeder Teststelle, ohne Angst haben zu müssen, daß andere benachbarte Teststellen kontaminiert werden. Sogar größere Reagenzmittelmengen können an eine einzige Teststelle abgegeben werden, und zwar mittels vielfacher Überladungen der Teststelle. Dies wird durchgeführt, indem erlaubt wird, daß die Teststelle zwischen jedem Hinzugeben des Reagenzmittels trocknet. Dies ist vor allem in Bezug auf Reagenzmittel vorteilhaft, die in der Ablagerungslösung in geringem Maße löslich sind. Jedoch vermindert das Vorhandensein eines grenzflächenaktiven Stoffes in der Flüssigkeit, der an die Teststellen abgegeben wird, die Gesamtmenge, die an die Teststelle abgegeben werden kann, bevor die hydrophobe Schranke durchbrochen wird.
Das Fangreagenzmittel kann durch irgendeine Anzahl von geeigneten Abgabeverfahren einschließlich eines Reagenzmittelausstoßes, dosierter Luftpulse, einer Verdrängungspumpe oder durch ein Kapillarrohr, das auf die Oberfläche der Teststelle 84 herabgesenkt wird, an eine Teststelle 84 abgegeben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung werden Fangreagenzien gleichzeitig an eine Mehrzahl von Teststellen 84 abgegeben.
Die positive Verdrängung ist das gegenwärtig verwendete Verfahren zur Abgabe der Reagenzien an die Teststellen 84. In diesem Verfahren wird eine Platte eines Testmatrix-Laminatmaterials an einem X/Y-Positionierungstisch Vakuum-befestigt, der dem zuvor beschrieben ähnlich ist. Eine genaue Reagensmittelmenge (etwa 1,5 oder 2 uL zum Beispiel) wird durch eine Positivverdrängung-Spritzenpumpe abgegeben, die über einen herkömmlichen Antriebsschrauben- bzw. Schrittmotor verfügt, der die Tauchkolben einer Vielzahl von an einer Stütze befestigten Spritzen verschiebt. Jede Spritze entleert sich durch einen elastischen Kapillarschlauch auf eine Teststelle. Alternativ entleert sich jede Spritze durch einen elastischen Kapillarschlauch an eine Vielzahl von Abgabe-Kapillarrohre. Vorzugsweise werden der elastische Kapillarschlauch bzw. die Kapillarrohre mit Ringen an Ort und Stelle gehalten.
Zwischen 1 bis 30 (jedoch vorzugsweise etwa 6 bis 12) solcher Abgaberohre können in einer Vorrichtung angeordnet sein, die gesenkt und gehoben werden kann, indem in einem ersten Schritt ein geeignetes Präzisions-Antriebsmittel verwendet wird, um die Reagenzmitteltröpfchen auf den Nitrocellulose-Teststellen abzugeben. Die Platte wird daraufhin durch den X-Y-Tisch bewegt, und vorab ausgewählte Reagenzmittel werden auf der nächsten Matrix abgegeben. Wenn alle zweidimensionalen Felder in einer Testmatrixmaterialplatte mit den Fangreagenzmitteln aus dem ersten Schritt gefüllt sind, kann ein neuer Spritzenpumpensatz von Reagenzmitteln in einem zweiten Schritt für die Abgabe an weitere Teststellen in jeder der Felder eingesetzt werden. Das Versetzen der Abgabeschläuche und der Durchlässe, so daß nichtangrenzende Teststellen während eines jeden Schrittes und zwischen zwei Schritten betröpfelt werden, verringert das Risiko des Zusammenfließens der Reagenzien vor dem Trocknen.
Wenn ein Fangreagenzmittel bzw. Kontrollreagenzmittel mehrere Male auf eine Teststelle betröpfelt wird, wird erlaubt, daß die Teststelle zwischen einem jeden Betröpflen über eine Zeitspanne im Bereich von etwa einer Minute bis zu etwa zwei Stunden, am bevorzugtesten 30 Minuten, trocknet. Nachdem alle mit Fangreagenzien (bzw. Kontrollreagenzien) zu betröpfelnden Teststellen 84 auf einer Platte eines Testmatrixmaterials betröplelt wurden, dürfen die Teststellen bei Zimmertemperatur vollkommen trocknen. Die Trocknungszeit kann im Bereich von etwa 6 bis 72 Stunden, bevorzugter zwischen etwa 9 bis 24 Stunden, und am bevorzugtesten über Nacht liegen.
Nachdem das Trocknen abgeschlossen ist, wird die Bindeschicht 83 des Testmatrixmaterials vorzugsweise mit einem Proteinüberzug wie beispielsweise einem nicht reaktionsfähiges Pferdeserum oder Fischgelatin "blockiert". Das Blockieren kann Teststelle-für-Teststelle, Testmatrix-für-Testmatrix, in Stapeln von Testmatrizen, in Platten von Testmatrizen (vor dem Schneiden) oder in einer kontinuierlichen Ausführungsform für Laminatrollen (vor dem Schneiden) durchgeführt werden. Das Blockieren maskiert die möglichen nicht-spezifischen Bindestellen auf der Bindeschicht 83 (einschließlich der Kontroll- bzw. Vergleichs-Teststellen, die über kein Fangreagenzmittel verfügen) und entfernt das überschüssige ungebundene Fangreagenzmittel, um die Konkurrenzreaktion und das nichtspezifische Binden zu vermindern. Ein geeignetes Blockieren wird während einer Inkubationszeit von etwa einer Stunde bei annähernd 37ºC erhalten und vorzugsweise unter Umrühren während der Inkubation in geschlossenen Behältern abgeschlossen.
Um in den Aeroprodukt-Allergen-Testpatronen die Charge-zu- Charge und innerhalb der Charge die Gleichmäßigkeit zu erhalten, werden die Testmatrizen bzw. Testpatronen vorzugsweise nach der Ablagerung der Allergene auf den Testmatrizen und dem Blockieren und Waschen der Testmatrizen hitzebehandelt. Die Hitzebehandlung beinhaltet das Erhitzen einer Testmatrix bzw. Testpatrone über eine Zeitspanne im Bereich von etwa 4 bis 72 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von etwa 40ºC bis 50ºC und am bevorzugtesten über 4 Stunden bei etwa 45ºC.
Im Anschluß an das Blockieren wird das Testmatrixmaterial vorzugsweise dreimal in 10 mM Tris-gepuffertem Salz (TBS) gewaschen und es darf über Nacht trocknen. Das Waschen kann Testmatrix-für-Testmatrix, in Stapeln von Testmatrizen, in Platten von Testmatrizen (vor dem Schneiden) oder in einer kontinuierlichen Ausführungsform für Laminatrollen (vor dem Schneiden) durchgeführt werden.
Die einzelnen Testmatrizen 82 werden vorzugsweise aus den getrockneten Platten des Laminatmaterials allgemein rechteckig bearbeitet ausgeschnitten, um in die Reaktionsbehälter 86 der Patronen 80 zu passen. Es werden auch Positionierungslöcher verwendet, um die Platten in Bezug auf eine Stanze, die arbeitet, um die einzelnen Testmatrizen 82 auszuschneiden, auszurichten. Um die Assayempfindlichkeit zu optimieren, wird es bevorzugt, daß die ausgeschnittenen Testmatrizen 82 über einen minimalen unbenutzten Bereich von Bindeschichtmaterial verfügen.
Die einzelnen Testmatrizen 82 werden vorzugsweise an den Unterseitenflächen der Reaktionsbehälter 86 angeklebt, indem ein zweiseitiges Klebeband verwendet wird. Die genaue Positionierung der Testmatrizen 82 in den Behälter 86 ist kritisch, da der genaue optische Lesevorgang der Teststellen 84 von der genauen Positionierung der Matrizen in Bezug auf die oben beschriebene Nullstelle-Bezugskoordinaten abhängt. Aus diesem Grund wird vorzugsweise eine Vakuum-Schablone (nicht gezeigt) verwendet, um die Testmatrizen 82 in die Behälter 86 einzusetzen. Jede Testmatrix 82 wird in die Ecke einer Schablone gesetzt und stößt an zwei Seitenwände. Der Vakuumzug durch Löcher in der Schablone hält die Testmatrix 82 an Ort und Stelle. Wenn die Testmatrix 82 zum Überführen bereit ist, senkt sich ein mit den Stiften der Schablone ausgerichteter beweglicher Kopf über die Testmatrix 82 und berührt sie. Das Vakuum wird von der Schablone zum Kopf überführt, und der Kopf mit der nun angebrachten Testmatrix wird zu einer zweiten Schablone bewegt, die identische Paßstifte aufweist. Der Kopf wird, auf die Stifte und in den Reaktionsbehälter 86 einer in der zweiten Schablone angebrachten Patrone 80 herabgesenkt, so daß der Kopf genau mit der Testmatrix 82 im Behälter 86 ausgerichtet ist. Das Kopfvakuum wird dann abgelassen und das doppelseitige Klebeband an der Unterseitenfläche des Behälters 86 heftet die Testmatrix 82 an eine genaue Stelle.
Stabilisatoren können, falls erwünscht, verwendet werden, um die Festigkeit der an die Teststellen 84 abgegebenen Fangreagenzien zu verbessern. Zum Beispiel können viele Allergene durch das Vernetzen mit bekannten Mitteln fest gemacht werden. Eine exemplarische Auflistung derartig stabilisierender Mittel und ihre bevorzugten gültigen Konzentrationen werden in Tabelle 1 angegeben. Andere Stabilisationsmittel umfassen Glutaraldehyd, Salzlösungen, die Verbindung von 1-ethyl-3- dimethylaminopropylcarbodiimid nach Natriumboronat und die Verbindung aus Essigsäure nach Natriumhydroxid. Zusätzlich können einige Proteine mittels einer Photo-Vernetzung stabilisiert werden. Zum Beispiel wurde die Verwendung von Hydroxysuccinimidyl-4-azidobenzoat (HSAB) und UV-Licht zum Vernetzen von Insulin an Nitrocellulose beschrieben. Siehe Kakita et al., Diabetes v.31, S. 648-652, Juli 1982. Durch die Verwendung dieser bekannten Verfahren kann ein Fangreagenzmittel ohne ein kovalentes Binden an eine Teststelle 84 gebunden werden.
Alternativ kann das kovalente Bindemittel verwendet werden, um ein Fangreagenz mit oder ohne Spacer- oder Verkettungsmoleküle an eine Teststelle 84 gebunden werden. Das Funktionieren eines Bindeschichtmaterials wie beispielsweise Nitrocellulose oder Nylon kann durch eine Reihe auf dem Gebiet der Erfindung bekannter Mechanismen erreicht werden.

TABELLE

Stabilisationsmittel Mittel

Mittel Konzentration
Formalin 12,5% (v/v)
Tetrahydrofuran (THF) 25% (v/v)
Formalin / THF 15,6% (v/v) / 28,7% (v/v)
Polyethylen Glykol / THF 0,01% (w/v) / 25% (v/v)
6 N HCL gefolgt von 6 N NaOH 6% (v/v) / 6% (v/v)
6 N HCL gefolgt von 6 N NaOH 24% (v/v) / 24% (v/v)

HORIZONTALER AUSLEGERARM UND ANTRIEBE

Auf die Fig. 9 und 10 Bezug nehmend, wird eine detailliertere Beschreibung des bevorzugten Auslegerarms 30 bereitgestellt. Der horizontale Auslegerarm 30 stellt ein Mittel zum Positionieren des optischen Lesegeräts 32 und der Wasch/Abwasserprobe 28 über den Patronen 80 im Karussell 18 bereit. In einer bevorzugten Ausführungsform schließt der Auslegerarm 30 sowohl den mechanisch miteinander verbundenen Probenarm 33 und den optischen Lesearm 35 ein. Vorzugsweise wird ein hochauflösender Schrittmotor 50 verwendet, um den Auslegerarm 30 zu drehen, damit das optische Lesegerät 32 und die Probe 28 an einem bogenförmigen Pfad entlang in genauen Inkrementen positioniert werden. Der Schrittmotor 50 schließt eine Welle ein, die über ein daran befestigtes und angebrachtes Ritzel 51 verfügt und vorzugsweise in ein Zahnsegment 52 eingreift. Das Zahnsegment 52 wird wiederum an einer Welle 53 angebracht und befestigt, die ein unbewegliches Ende des optischen Lesearms 35 des Auslegerarms 30 trägt. Die Welle 53 wird vorzugsweise mittels eines herkömmlichen Tragemittels 55 auf eine drehbare Weise an einer Grundplatte 54 befestigt. Die Grundplatte 54 kann aus einem geeigneten Material wie beispielsweise gegossenen Aluminium aufgebaut sein.
Da die genaue Ausrichtung zwischen dem Auslegerarm 30 und dem Ritzel wünschenswert ist, werden der Auslegerarm 30 und das Ritzel 51 vorzugsweise mittels einer verzahnten Anordnung an ihren jeweiligen Wellen befestigt.
Das Zähnezahlverhältnis des Zahnsegments 52 zum Ritzel 51 kann irgendein passendes Verhältnis sein, das die erforderliche genaue Auslegerarmpositionierung bereitstellt; allerdings wird gegenwärtig ein Verhältnis von etwa 13,88/1 bevorzugt, wobei das Ritzel einen Rollkreisdurchmesser von etwa 9,525 mm (0,375 Zoll) und eine Gesamtzahl von 18 Zähnen aufweist.
Das Karussell 18 wird vorzugsweise durch eine ähnliche Schrittmotoranordnung angetrieben. Ein an der Grundplatte 54 befestigter Karussell-Schrittmotor 56 treibt drehend eine Welle mit einem unbeweglich angebrachten Ritzel 57 an. Das Ritzel 57 greift wiederum in ein Getriebe 58, das mit der Aufnahmewelle des Karussells 18 verbunden und befestigt wird, der mithilfe einer herkömmlichen Stützanordnung geeignet an der Grundplatte 54 befestigt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Getriebe 58 einen Rollkreisdurchmesser von etwa 9,525 mm (0,375 Zoll) und ein Zähnezahlverhältnis von etwa 10/1 im Verhältnis zum Ritzel 57, das ebenfalls einen Rollkreisdurchmesser von 9,525 mm (0,375 Zoll) und eine Gesamtzahl von 18 Zähnen hat. Wie mit dem Auslegerarm, wird die Welle des Schrittmotors 56 vorzugsweise mit einer verzahnten Anordnung bereitgestellt, um das Ritzel 57 genau zu positionieren.
Das Zahnsegment 52 und das Getriebe 58 können aus einem geeigneten Material wie beispielsweise Aluminium oder einem Kunststoffmaterial wie beispielsweise Acetal hergestellt sein. Ein Material, das unter dem Handelsnamen DELRIN im Handel erhältlich ist, wird gegenwärtig zur Verwendung bevorzugt. Auf ähnliche Weise können die Ritzel 51 und 57 aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein. Gegenwärtig wird es bevorzugt, diese Zahnräder aus rostfreiem Stahl anzufertigen. Geeignete Präzisions-Schrittmotoren können von mehreren Quellen gekauft werden. Ein besonders bevorzugter Schrittmotor ist von Vexta als Modell Nr. PXC43-03AA im Handel erhältlich.
Da die genaue Positionierung des optischen Lesegeräts 32 in Bezug auf das Karussell 18 kritisch ist, muß das optische Lesegerät 32 soweit wie nur möglich in gleichen Höhe mit dem Karussell 18 gehalten werden. Daher werden die Wellen, die den Auslegerarm 30 und das Karussell 18 drehen, vorzugsweise vorsichtig mit einem vorbestimmten Mittelpunkt-zu-Mittelpunkt- Abstand dazwischen engtoleriert montiert. Zusätzlich werden beide Wellen vorzugsweise vorsichtig montiert, um eine genaue senkrechte Ausrichtung zwischen ihren Mittelachsen zu erhalten.
Falls erwünscht, kann eine weitere Nivellierung erhalten werden, indem eine flache Positionierungs-Abdeckplatte (nicht gezeigt) an der Karusselltreiberwelle zwischen dem Getriebe 58 und dem Karussell 18 angebracht wird. Eine derartige Abdeckplatte schließt vorzugsweise Paßstifte ein, die in entsprechende Öffnungen im Getriebe 58 eingreifen, um die Abdeckplatte in Bezug auf das Getriebe 58 genau auszurichten. Das Karussell 18 schließt vorzugsweise ein Mittel ein, das in ein Verzahnungsmittel auf der Abdeckplatte eingreift, um das Karussell genau auf der Abdeckplatte zu positionieren. Vorzugsweise werden auch Mittel bereitgestellt, um das Karussell 18 sicher an der Abdeckplatte zu befestigen. Die Abdeckplatte kann aus irgendeinem geeigneten Material wie beispielsweise Aluminium hergestellt sein, das mit einem geeigneten Finish überzogen wird.
Wie zuvor erwähnt, wird die genaue Positionierung des Auslegerarms 30 und des Karussells 18 vervollständigt, indem die Zahl der von den Schrittmotoren 50 und 56 gemachten Schritte gezählt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das genaue Positionieren des optischen Lesegeräts 32 über irgendeine Teststelle 84 einer Patrone 80 auf dem Karussell 18 durch eine Verbindung der Bewegung des optischen Lesegeräts 32 in einem gebogenen Pfad und der Drehung des Karussells 18 durchgeführt, um eine Patrone 80 in eine Lesestellung zu bringen, die den Pfad des optischen Lesegeräts 32 kreuzt.
Da die genaue Schrittzahl, die durch die Schrittmotoren 50 und 56 gewählt wird, für die Positionierung des Lesekopfes 32 über eine besondere Teststelle 84 kritisch ist, kann der von den Schrittmotoren 50 und/oder 56 an die Getriebe 52 und 58 übertragene Hubverlust Positionierungsfehler einführen, die zu einem Fehler in den optischen Lesevorgängen führen können. Um einen solchen Hubverlust zu verringern, werden vorzugsweise schwebende Lagerungsmittel für die Schrittmotoren 50 und 56 bereitgestellt. In einer speziell bevorzugten Ausführungsform wird beispielswei se ein Federblatt 61 (in Fig. 11 in bezug auf den Schrittmotor 50 gezeigt) ausgebildet, um das Ritzel 51 mit einem Bewegungsfreiraum in der Y-Richtung bereitzustellen, während die Bewegung in der X-Richtung eingeschränkt wird. Das Federblatt 51 ist an der Basisplatte 54 nahe dem Außenabschnitt 62 fest angebracht. Der Schrittmotor 50 ist durch herkömmliche Anbringungsmittel fest am Mittelabschnitt 63 des Federblattes 61 angebracht. Auf diese Weise steht das Ritzel 51 mit dem Zahnsegment 52 im Eingriff, wenn der Schrittmotor 50 in eine Vorwärtsrichtung bewegt wird. Die einzige freie Bewegungsrichtung, die durch das Federblatt 51 bereitgestellt wurde, verhindert, daß irgendein Hubverlust aus dem Schrittmotor 50 auf das Zahnsegment 52 übertragen wird.
Auf Fig. 9 Bezug nehmend, verfügt der horizontale Probenarm 33 des Auslegerarms 30 über ein unbewegliches Ende, das mechanisch mit dem optischen Lesearm 35 verbunden wird, und über ein freies Ende, das die Wasch/Abwasserprobe 28 mit sich führt. Der Probenarm 33 wird vorzugsweise an einer Drehzapfenöse angebracht, die sich vom optischen Lesearms 35 durch einen Drehbolzen 65 nach unten erstreckt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein linearer Stellgliedmotor 66, der eine Welle 67 aufweist, an einen Lappen gekoppelt, der sich vom Probenarm 33 nach oben erstreckt. Sobald die Welle 67 zurückgezogen wird, schwenkt der Probenarm 33 um den Drehbolzen 65 herum nach oben. Wenn die Welle 67 ausgefahren wird, schwenkt der Probenarm 32 um den Drehbolzen 65 herum nach unten. Geeignete lineare Stellgliedmotoren sind von einer Reihe von Quellen einschließlich Airpax im Handel erhältlich.
Wie am besten in der Fig. 9 dargestellt, kann der äußere Seitenabschnitt des Probenarms 33 offen gelassen werden, um den Zugriff auf die Wasch- und Abwasserrohrleitungen 23 und 21 zu erlauben, die gelegentlich oder routinemäßig ersetzt werden müssen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Probenarm 33 mit einem Schnapp- bzw. Führungsmittel bereitgestellt, um die Rohrleitungen 21 und 23 an Ort und Stelle zu halten und die einfache Entfernung und Einfügung der Rohrleitungen zu erlauben.
Die Rohrleitungen 21 und 23 werden bevorzugt mit einem Probenblockmittel 31 verbunden, das auf passende Weise nahe am freien Ende des Probenarms 33 montiert werden kann. Das Probenblockmittel 31 stellt ein Mittel sowohl für die Wasch- als auch Abwasserpumpe 25 und 27 bereit, um durch dieselbe Wasch/Abwasserprobe 28 Fluid zuzugeben oder abzulassen. Der Probenblock 31 verhindert die Kontaminierung der Probe 28, indem er getrennte Eintrittspunkte für das Wasch- und Abwasserfluid bereitstellt, wobei der Waschpunkt bevorzugt über dem Abwasserpunkt liegt. Sowohl der Wasch- als auch Abwasserpunkt verbinden sich zu einem gemeinsamen Fluidkanal, der sich wiederum in die Probe 28 öffnet. Das Vorfüllen des Probenblockmittels 31 kann durchgeführt werden, indem die Waschlösung an den Probenblock zugeführt wird und gleichzeitig Fluid aus dem Probenblock angesaugt wird. Wie zuvor erwähnt, wird die Abwasserpumpe 27 vorzugsweise mit einer größeren Rate als die Waschpumpe 25 betrieben, so daß die Waschlösung während des Vorfüllens nie das obere Ende der Probe 28 verläßt und direkt in das Abwassersystem geleitet wird. Dieses Vorfüllungsverfahren wird vorzugsweise vor jedem Testablauf durchgeführt und vorteilhafterweise nach dem Austauschen der Wasch- und Abwassereinheiten 22 und 24 bzw. vor und nach dem Rohrleitungsaustausch durchgeführt.
Vorzugsweise schließen die Antriebsanordnungen auch das Ausgangsstellung-Anzeigermittel ein, das mit dem Karussell 18 und Auslegerarm 30 verbunden wird. Ein solches Mittel stellt günstigerweise Signale bereit, die anzeigen, wenn sich das Karussell 18 und der Auslegerarm 30 in ihrer jeweils vorbestimmten Ausgangs- bzw. Startstellung befinden. Dieses Mittel schließt optische Schalter (nicht gezeigt) ein, die mit den optischen Blockierungsflags auf dem Karussell 18 und dem Probenarm 30 zusammenwirken, um anzuzeigen, wann das Karussell 18 und der Probenarm 30 durch vorbestimmte Ausgangsstellungen passieren. Die zuvor beschriebenen codierenden Kreisringsegmente 141 können als Ausgangsstellungsanzeiger dienen. Geeignete Optoschalter sind von Opto Switch, Inc. of McKinney, Texas, als Modell Nr. 0288 im Handel erhältlich. Diese Schalter werden speziell aufgrund ihrer Fähigkeit zum Erzeugen einer digitalen Ausgabe zur Verwendung mit einem Mikroprozessor-gesteuerten Analyzer bevorzugt.

OPTISCHES LESEGERÄT

In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform arbeitet das optische Lesegerät 32 auf einem Prinzip des Remissionsgrades (Grad der zerstreuten Reflexion), um die Testergebnisse aus den Teststellen 84 der Reaktionspatronen 80 zu lesen. Nach dem Wirkungsprinzip des Remissionsgrades wird eine optische Strahlung auf die optisch diffuse Oberfläche einer Teststelle 84 gestrahlt und die Intensität der von der Oberfläche diffus reflektierten optischen Strahlung erfaßt. Die Dichte verändert sich als ein Ergebnis der Farbentwicklungen durch das Hinzugeben einer konjugierten Verbindung und des Entwickelns, wie detailliert hiernach beschrieben wird. Die Intensität der diffus reflektierten optischen Strahlung wird daraufhin, wie unten detailliert beschrieben werden wird, verarbeitet, um einen Dichtewert (Schwärzungswert) zu erhalten, der die Größe der Bindereaktion zwischen einem an der Teststelle 84 gebundenen Fangreagenzmittel bzw. Assaybindebestandteil und einem zweiten untersuchten, interessierenden Bestandteil in der Probe anzeigt, der eine Bindeaffinität für den ersten Bestandteil aufweist. Es wird von den Fachleuten auf dem Gebiet anerkannt werden, daß, falls erwünscht, abhängig von der verwendeten besonderen Assaychemie, auch ein anderes optisches Lesegerät wie beispielsweise ein Fluorometer verwendet werden könnte.
Auf Fig. 12 Bezug nehmend, umfaßt das optische Lesegerät 32 in der bevorzugten Ausführungsform ein Reflektometer 160, der im Lesekopf 155 montiert wird. Der Lesekopf 155 wird vorzugsweise integral mit dem horizontalen Auslegerarm 33 des optischen Lesegeräts ausgebildet bzw. alternativ mechanisch mit dem freien Ende davon verbunden, wie am besten in den Fig. 1 und 9 ersichtlich wird.
In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform schließt das Reflektometer 160 ein optisches Quellenmittel 162 und optisches Detektormittel 164 ein. Das optische Quellenmittel 162 ist vorzugsweise eine Festkörpervorrichtung wie beispielsweise eine Lumineszenzdiode (light emitting diode - LED). Es wird speziell eine Modell H-3000 Hochintensitäts-Rot-LED bevorzugt, die von Stanley im Handel erhältlich ist und bei einer Soll-Wellenlänge von etwa 660 Nanometern bei 35ºC eine optische Strahlung ausstrahlt. Das optische Detektormittel 164 ist ebenso vorzugsweise eine Festkörpervorrichtung wie beispielsweise eine Photodiode bzw. ein Phototransistor. Speziell wird ein Modell VDT 020D Hybrid-Silizium-Photodetektor/Verstärker bevorzugt, der von United Detector Technology im Handel erhältlich ist.
Eine zylindrische Beleuchtungsbohrung 166 und eine zylindrische Rückstrahlungsbohrung 168 werden mittels geeigneter Verarbeitung im optischen Lesekopf 155 bereitgestellt. Die Rückstrahlungsbohrung 168 wird bevorzugt senkrecht ausgebildet, so daß ihre Mittelachse in Bezug auf die Oberflächen der zu lesenden Teststellen 84 allgemein senkrecht ist, wenn das Lesegerät 32 über eine Reaktionspatrone 80 positioniert wird. Die Beleuchtungsbohrung 166 wird vorzugsweise so ausgebildet, daß ihre Mittelachse in einem spitzen Winkel zur senkrechten Mittelachse der Rückstrahlungsbohrung 168 liegt. Insbesondere wird die Beleuchtungsbohrung 166 vorzugsweise so ausgebildet, daß sich ihre Mittelachse in einem Winkel von annähernd 30 Grad zur senkrechten Mittelachse der Rückstrahlungsbohrung 168 befindet. Diese Anordnung minimiert die von einer Teststelle zum optischen Erfassungsmittel 164 spiegelartig reflektierte optische Strahlung und verhindert, die Okklusion des vom optischen Quellenmittels 162 ausgestrahlten optischen Strahls durch die Wand 88 des Reaktionsbehälters 86, was die Signalpegel unerwünschtermaßen senken würde.
Die Beleuchtungsbohrung 166 verfügt über drei konzentrische Abschnitte 166a, 166b und 166c, wobei der obere Abschnitt 166a einen etwas größeren Innendurchmesser als der mittlere Abschnitt 166b aufweist, und der mittlere Abschnitt 166b einen etwas größeren Innendurchmesser als der untere. Abschnitt 166c aufweist. Eine ringförmige Schulter 170 ist zwischen dem mittleren und unteren Abschnitt 166b und 166c ausgebildet. Ein Linsenmittel 172, das vorzugsweise aus einer kreisförmigen Bikonvexlinse besteht, verfügt über einen etwas kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des mittleren Abschnitts 166b. Das Linsenmittel 172 wird im mittleren Abschnitt 166b angebracht und um seinen Rand herum durch die Schulter 170 gestützt. Ein ringförmiger Ring 174, der über einen Außendurchmesser verfügt, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des mittleren Abschnitts 166b ist, und über einen Innendurchmesser verfügt, der ausgewählt wird, um die optische Interferenz mit dem Linsenmittel 172 geringstmöglich zu halten, wird im mittleren Abschnitt oberhalb vom Linsenmittel 172 angebracht. Eine ringförmige Druckfeder 176, die ebenfalls über einen Außendurchmesser verfügt, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des mittleren Abschnitts 166b ist, wird darin in Längsrichtung oberhalb vom ringförmigen Ring 174 montiert und dadurch um seinen Rand herum gestützt.
Die ringförmige Feder 176 erstreckt sich nach oben in den oberen Abschnitt 166a und greift in die Unterseite eines zylindrischen LED-Halters 178 ein, der über einen Außendurchmesser verfügt, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des oberen Abschnitts 166a ist und im oberen Abschnitt 166a befestigt wird. Der LED-Halter 178 enthält eine zylindrische LED-Anbringungskammer 180. Eine konzentrische zylindrische Senkbohrung 182 wird um das obere Ende der Kammer 180 herum ausgebildet, um eine ringförmige Schulter 184 damit zu bilden. Die Schulter 184 ist ausgebildet, um den geflanschten Rand einer LED 162 zu stützen, die in der Anbringungskammer 180 angebracht ist. Die LED 162 wird vorzugsweise auch in der Anbringungskammer 180 angeklebt, indem ein geeigneter Kleber verwendet wird, damit ihre Bewegung verhindert wird, die das Lesen der Testergebnisse nachteilig beeinflussen könnte. Der LED-Halter 178 wird vorzugsweise aus einem eloxierten Aluminium verarbeitet und mit einer schwärzenden Innenfläche ausgestattet, um die Lichtstreuung geringstmöglich zu halten. Jedoch können auch andere den Fachleuten auf dem Gebiet bekannte Verfahren und Materialien, die über geeignete optische Fähigkeiten verfügen, verwendet werden.
Ein zylindrische Raumöffnung 196, die verglichen mit dem Durchmessers der Bohrung 166 einen relativ kleinen Durchmesser hat, wird vorzugsweise in der Unterseitenwand des LED-Halters 178 bereitgestellt, um die durch die LED 162 ausgestrahlte optische Strahlung in die Beleuchtungsbohrung 166 zu übertragen. Die Raumöffnung 196 ist vorzugsweise mit der Anbringungskammer 180 und der Beleuchtungsbohrung 166 konzentrisch und weist vorzugsweise eine Längsabmessung auf, die einige Male größer ist als ihr Innendurchmesser, der in einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform annähernd 0,635 mm (0,025 Zoll) ist.
Die Verwendung der Raumöffnung 196 ist besonders vorteilhaft, um die allgemein mit den LEDn verbundenen optischen Aberrationen zu minimieren. Zum Beispiel ist es von herkömmlichen LEDn bekannt, daß sie infolge des Vorhandenseins dunkler Flecken und/oder der ungenauen Lage des Halbleiterübergangs nichteinheitliche Quellen optischer Strahlung bereitstellen. Die Raumöffnung 196 arbeitet, um die von der Linse der LED 162 ausgestrahlte optische Strahlung zu sammeln und zu zerstreuen, damit eine einheitlichere optische Quelle bereitgestellt wird.
In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform werden Einstellungsmittel bereitgestellt, um den von der Beleuchtungsbohrung 166 ausgestrahlten optischen Strahl einzustellen. Ein Befestigungslappen 186, der eine Öffnung 188 aufweist, ist integral mit dem LED-Halter 178 ausgebildet. Der Befestigungslappen 186 wird in einem Einschnitt 190 montiert, wenn der LED-Halter 178 im Lesekopf 155 montiert wird. Eine mit der Öffnung 188 konzentrische, mit einem Gewinde versehenen Bohrung 192 wird bereitgestellt, um mit einem mit einem Gewinde versehenen Befestigungsmittel 194, wie beispielsweise einer Schraube, im Eingriff zu sein, die durch die Öffnung 188 gesteckt werden kann. Das mit einem Gewinde versehene Befestigungsmittel 194 kann manuell gedreht werden, um die Lage des LED-Halters 178 und solchermaßen die LED 162 in der Beleuchtungsbohrung 166 einzustellen.
Die Rückstrahlungsbohrung 168 hat zwei konzentrische, zylindrische Abschnitte 168a und 168b, wobei der Innendurchmesser des Abschnitts 168a etwas größer als der Innendurchmesser des Abschnitts 168b ist, so daß zwischen den zwei Abschnitten eine ringförmige Schulter 200 ausgebildet wird. Ein Linsenmittel 202, das vorzugsweise eine kreisförmige plankonvexe Linse ist, verfügt über einen etwas kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Abschnitts 168a und wird darin montiert, wobei er um den Rand seiner ebenen Seite herum von der Schulter 200 gestützt wird.
Ein Verdichtungsring 204, der auch einen Außendurchmesser aufweist, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des Abschnitts 168a ist, wird darin oberhalb des Linsenmittels 202· und insbesondere oberhalb der Konvexseite vom Linsenmittel 202 montiert. Der Innendurchmesser des Verdichtungsrings 204 ist vorzugsweise so dimensioniert, daß er die optische Interferenz mit dem Linsenmittel 202 geringst möglich hält.
Ein verlängerter ringförmiger Einsatz 206, der über einen Außendurchmesser verfügt, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des Abschnitts 168a ist, und über einen Innendurchmesser verfügt, der annähernd wie der des Rings 204 ist, wird im Abschnitt 168a oberhalb des ringförmigen Rings 204 in Längsrichtung angebracht. Der Einsatz 206 ist vorzugsweise schwarz und wird aufgebaut, um im, wesentlichen die gesamte ausgesetzte Innenfläche der Rückstrahlungsbohrung 168 abzudecken, um die Lichtstreuung darin geringst möglich zu halten. Die Innenfläche des Einsatzes 206 wird günstigerweise mit schraubenartigen Unstetigkeiten bereitgestellt, die diese Funktion zusätzlich unterstützen. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Einsatz aus einem schwarzen Kunststoff, vorzugsweise einem Kunststoff, der im Handel unter dem Handelsnamen DELRIN erhältlich ist, vergossen und maschinell verarbeitet, obwohl auch andere Materialien mit geeigneten optischen Eigenschaften verwendet werden können.
Vorzugsweise wird ein kreisförmiger optischer Filter 208, der einen Außendurchmesser aufweist, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des Abschnitts 168a ist, oberhalb des Einsatzes 206 darin montiert. Der optische Filter 208 ist vorzugsweise ein roter Schott-Glas-Bandsperrefilter, der allgemein nur von einer optischen Strahlung, die Wellenlängen von etwa 630 Nanometern aufweist, durchdrungen werden kann.
Ein zylindrischer Detektorbehälter 210, der einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der Innendurchmesser des Abschnitts 168a ist, und der mit dem Abschnitt 168a konzentrisch ist, wird vorzugsweise um das obere Ende des Abschnitts 168a herum ausgebildet. Ein Element 212 mit einer ringförmigen Öffnung, das einen Außendurchmesser aufweist, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des Detektorbehälters 210 ist, wird darin montiert und liegt über dem optischen Filtermittel 208. Das optische Detektormittel 164 erstreckt sich innerhalb des Detektorbehälters 210, wobei seine optisch aktive Oberfläche dem Öffnungselement 212 gegenüberliegt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das optische Detektormittel 164 direkt an einer gedruckten Schaltung (nicht gezeigt) angebracht, die über dem Detektorbehälter 210 liegt.
Die durch den Innendurchmesser des Elements 212 mit der ringförmigen Öffnung gebildete kreisförmige Öffnung ist vorzugsweise mit der Rückstrahlungsbohrung 168 und dem Detektorbehälter 210 konzentrisch. Der Durchmesser der Öffnung bestimmt die Größe des Bereichs einer Teststelle 84, aus der die rückgestrahlte optische Strahlung in den optisch-aktiven Bereich des optischen Detektormittels 164 eingeführt wird. Vorzugsweise wird die Öffnung mit einem Durchmesser ausgesucht, der etwas größer ist als der des optischen Strahls, der auf die Teststelle einfällt, um eine etwas größere Feldtiefe bereitzustellen. Dieses Merkmal vermindert vorteilhafterweise die Empfindlichkeit des Ausgabesignals vom optischen Detektor, um die Änderungen im senkrechten Abstand zwischen den verschiedenen Teststellen und dem optischen Lesegerät 32 unbedeutend werden zu lassen. Zusätzlich wird der Durchmesser der Öffnung vorzugsweise ausgewählt, um der rückgestrahlten optischen Strahlung zu erlauben, auf im wesentlichen die gesamte optisch empfindliche Oberfläche des optischen Detektormittels 164 einzufallen, damit der Ausgabesignalpegel des optischen Detektormittels 164 maximiert wird.
Es ist möglich, daß, wenn das optische Lesegerät 32 mit der Rückstrahlungsbohrung 168 über eine Teststelle 84 positioniert wird, die an die Behälterwand 88 einer Patrone 80 angrenzt, die Wand 88 den aus der Beleuchtungsbohrung 166 ausgestrahlten Lichtstrahl verschließen und das Lesen der Teststelle nachteilig beeinflussen kann. Diese Möglichkeit kann verhindert werden, indem die Beleuchtungsbohrung 166 um ein paar Grad radial von der Rückstrahlungsbohrung 168 in Richtung des freien Endes des optischen Lesearms 33 versetzt wird. Setzt man beispielsweise in einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform eine Abmessung der senkrechten Wand 88 von etwa 12,7 mm (0,5 Zoll), eine senkrechte Nennabmessung der Unterseite des Lesekopfes 155 von etwa 12,192 mm (0,48 Zoll) im Verhältnis zu der Oberfläche einer an einer Wand 88 angrenzenden Teststelle 84 und einen Nennwinkel von 30 Grad zwischen der Beleuchtungs- und Rückstrahlungsbohrung des Lesegeräts voraus, wurde eine Versetzung von annähernd 10,5 Grad als geeignet befunden, um die Verschließung des Strahls zu vermeiden.
Um die Ausgabesignaländerungen in der Höhe kleinst möglich zu halten, wird das optische Lesegerät 32 vorzugsweise derart aufgebaut, daß die Erfassungsöffnung 212 am Schnittpunkt 201 der optischen Achse der zwei Lichtpfade defokussiert wird. Aus unten erörterten Gründen liegt die bevorzugte Zielebene des optischen Lesegeräts 32 über dem Schnittpunkt 201, wobei das Beleuchtungsfeld des Lichtstrahls in Richtung Beleuchtungsseite des optischen Lesegeräts 32 versetzt wird.
Der Sammelwirkungsgrad der optischen Detektorinstrumente wird erhöht, indem die Zielebene vom Schnittpunkt 202 in Richtung des optischen Lesegeräts erhöht wird. In Anbetracht der senkrechten Abmessung und des Winkelwerts der obigen exemplarischen Anordnung liegt der beste Brennpunkt der Detektoröffnung 212 etwa 6,096 mm (0,240 Zoll) über dem Schnittpunkt. Wenn jedoch die Zielebene in Richtung des optischen Lesegeräts 32 erhöht wird, bewegt sich das Beleuchtungsfeld des aus der Beleuchtungsbohrung 166 ausgestrahlten Lichtstrahls in Richtung Beleuchtungsseite des Lesegeräts 32, wobei das beleuchtete Zielobjekt vom Bereich maximaler Empfindlichkeit der optischen Detektorinstrumente wegbewegt wird. Wenn sich die Zielebene dem optischen Lesegerät 32 nähert, fällt das Beleuchtungsfeld an irgendeinem Punkt aus dem erfaßbaren Bereich heraus und das Detektorausgabesignal nimmt ab. Der Punkt des maximalen Signals ist der Bereich der geringsten Empfindlichkeit in Bezug auf die Zielhöhe. In der oben vorgegebenen exemplarischen Anordnung tritt der Punkt des maximalen Signals etwa 0,762 mm (0,030) Zoll über dem Schnittpunkt 201 auf.
Beim Verwenden des optischen Lesegeräts 32 wird das gewindete Befestigungsmittel 194 vorzugsweise verwendet, um den Abstand zwischen der optischen Quelle 162 und dem Linsenmittel 172 einzustellen, damit am Schnittpunkt der Achsen der Beleuchtungs- und Rückstrahlungsbohrung 166 und 168 ein Strahl optischer Strahlung bereitgestellt wird, der einen Durchmesser von annähernd 0,762 mm (0,03 Zoll) aufweist.
Das Linsenmittel 202 in der Rückstrahlungsbohrung 168 sammelt die optische Strahlung, die von der optischen diffusen Oberfläche der Teststelle 84, die neben der Rückstrahlungsbohrung 168 liegt, in einer allgemein senkrechten Richtung reflektiert wird und projiziert sie vorzugsweise etwas defokussiert auf die Oberfläche des optischen Filtermittels 208. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Element 212 mit der Öffnung mit einem Innendurchmesser von etwa 2,413 mm (0,095 Zoll) bereitgestellt, so daß die optische Strahlung von einer Fläche, die etwas größer als die Fläche der Teststelle ist, auf den der Lichtstrahl auftrifft, an den optischempfindlichen Bereich des optischen Detektormittels 164 übertragen wird.
Nimmt man jetzt auf Fig. 13 Bezug, wird eine detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform einer Signalverarbeitungs- und Steuerschaltung für das optische Lesegerät 32 bereitgestellt. Bevorzugte Komponenten und Komponentenwerte der Schaltung sind wie dargestellt.
Es sollte anfänglich angemerkt werden, daß die bevorzugte Schaltung in einer herkömmlichen gedruckten Schaltung verkörpert sein kann, indem herkömmliche Herstellungsverfahren für eine gedruckte Schaltung verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die gedruckte Schaltung geformt, um in den optischen Lesearm 35 zu passen, und kann von einem herkömmlichen Befestigungsmittel in einem Hohlraum 215 angebracht werden, der sich in den Lesekopf 155 oberhalb des Reflektometers 160 erstreckt (Fig. 12). In dieser Ausführungsform wird das obere Ende des optischen Lesearms 35 vorzugsweise als eine abnehmbare Abdeckung 217 bereitgestellt, die durch Schrauben oder dergleichen gesichert wird, damit der Zugriff auf die gedruckte Schaltung und das Reflektometer 160 bereitgestellt wird.
Die gegenwärtig bevorzugte Signalverarbeitungs- und Steuerschaltung 225 des optischen Lesegeräts umfaßt ein Mittel zum Umwandeln eines Analogausgabesignals des optischen Detektormittels 164, das unmittelbar die von einer Teststelle 84 bzw. einem anderen optischen Ziel reflektierte. Intensität der optischen Strahlung betrifft, in ein digitales Signal zur weiteren Verarbeitung. Die bevorzugte Schaltung schließt auch ein Mittel ein, um das Treibersignal der LED 162 zu steuern, um ihre Ausgabestärke zu steuern. In einer unten im größeren Detail beschriebenen Ausführungsform ist dieses Merkmal nützlich, um die Änderungen in der Ausgabeintensität infolge der Temperaturschwankungen auszugleichen.
Genauer erläutert, wird in der bevorzugten Schaltung 225 die analoge Signalausgabe vom optischen Detektormittel 164 der Signaleingabe VIN des A/D-Wandlermittels 220 übermittelt. Das A/D-Wandlermittel 220 tastet den momentanen Pegel des an der VIN-Signaleingabe vorliegenden analogen Ausgabesignals des optischen Detektors bei einer Rate ab, die vom Taktsignal CLK IN bestimmt wird. Vorzugsweise hat das CLK IN-Signal, das durch einen Quarzoszillator oder ein anderes bekanntes Taktsignal- Generatormittel bereitgestellt werden kann, eine Sollfrequenz von etwa 2 MHz.
Das A/D-Wandlermittel 220 erzeugt Ausgabesignale an der FOUT-Signalausgabe, die eine digitale Pulsfolge umfassen, die eine Frequenz aufweisen, die in Bezug auf den abgetasteten Pegel des Analogsignals an der VIN-Eingabe linear ist.
Die FOUT-Signalausgabe wird mit der Trigger- bzw. Taktsignaleingabe TRIG des Zählermittels 222 verbunden, das geeigneterweise ein herkömmlicher 16-Bit-Zähler ist. Das Zählermittel 222 wird mithilfe eines Zähl-Freigabesignals COUNT ENAB und eines Zähl-Rücksetzsignals COUNT RESET von einem Mikroprozessor 315 gesteuert (Fig. 15), der detaillierter unten beschrieben wird. Das COUNT ENABLE Signal wird mit dem Zähler- Freigabesignal ENAB bereitgestellt, und das COUNT RESET Signal wird mit der Zählerrücksetzeingabe RST des Zählermittels 222 bereitgestellt.
In der bevorzugten Ausführungsform wird das COUNT ENABLE Signal verwendet, um eine Integrationszeitspanne zu bestimmen, in der das Zählermittel 222 die vom A/D-Wandlermittel 220 erzeugten digitalen Pulse zählt. Das COUNT ENABLE Signal kann durch ein herkömmliches Mittel wie beispielsweise einer monostabilen Multivibrator mit einem vorbestimmten Intervall erzeugt werden. Jedoch wird für eine zusätzliche Flexibilität die Verwendung eines programmierbaren Intervallzeitgebers (PIT) 344 (Fig. 15) bevorzugt. Solchermaßen wird in einer bevorzugten Ausführungsform der PIT 344 programmiert, um ein ausgewähltes Intervall durch den Mikroprozessor 315 herunterzuzählen, der daraufhin das COUNT ENABLE Signal setzt, um das Zählermittel 222 freizugeben. Wenn der PIT 344 abgelaufen ist, reagiert der Mikroprozessor 315, indem das COUNT ENABLE Signal rückgesetzt wird, damit die weitere Zählung durch das Zählermittel 222 gesperrt wird. Durch die Auswahl eines Integrationssignals, das größer als die Abtastzeitspanne des A/D-Wandlermittels 220 ist, arbeitet das Zählermittel 222, um das Ausgabesignal des optischen Detektors über die Zeit zu integrieren und dadurch die Auswirkung der störenden hochfrequenten Rauschkomponenten zu vermindern. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird ein. Integrationsintervall von etwa 25 Millisekunden bevorzugt.
Jedes Integrationsintervall entspricht einem optischen Lesevorgang. Im Anschluß an den Abschluß eines Integrationsintervalls liest der Mikroprozessor 315 den Endzählwert an den Zählerausgaben DO-D15 aus. Der Zählwert stellt die Intensität der optischen Strahlung dar, die von der Oberfläche einer Teststelle 84 oder eines anderen optischen Zielobjekts, das über das ausgewählte Zeitintervall integriert wird, reflektiert wird. Vor dem Beginn eines jeden nachfolgenden Integrationsintervalls erzeugt der Mikroprozessor 315 das COUNT RESET Signal, um die Zählerausgaben DO-D15 rückzusetzen.
Wie zuvor erwähnt, wird in einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform eine Hochintensitäts-LED als optisches Quellenmittel 162 verwendet. Um zu verhindern, daß die Temperaturschwankungen der LED Änderungen in der Ausgabestärke der LED bewirken, was die Genauigkeit der optischen Lesevorgänge nachteilig beeinflussen würde, schließt eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltung 225 das Temperaturfühlermittel 226 und das LED-Treibersteuermittel 224 ein, das darauf anspricht. Das Temperaturfühlermittel 226 ist geeigneterweise ein Thermistor bzw. eine ähnliche Vorrichtung, der bzw. die ein Signal erzeugt, dessen Wert die Umgebungstemperatur betrifft. Vorzugsweise wird das Temperaturfühlermittel 226 so nah wie möglich an der LED angebracht. Nimmt man jetzt beispielsweise auf Fig. 12 Bezug, kann das Temperaturfühlermittel 226 in einem Hohlraum 183 des optischen Lesekopfes 155 unmittelbar hinter der LED 162 angebracht werden. Obwohl es zum Verhindern der Verdopplung in Fig. 13 nicht veranschaulicht wird, werden das A/D-Wandlermittel und das Zählermittel, die mit dem A/D- Wandlermittel 220 und Zählermittel 222 identisch sind, vorzugsweise bereitgestellt, um das vom Temperaturfühlermittel 226 erzeugte Analogsignal in einen digitalen Zählwert umzuwandeln, der vom Mikroprozessor 315 eingelesen werden kann. Das LED- Treibersteuermittel 224 umfaßt vorzugsweise ein Spannungsgesteuertes veränderliches Impedanzmittel wie beispielsweise ein Transistormittel, das einen mit der Kathode der LED 162 verbundenen Kollektor und einen mit der Masse verbundenen Emitter aufweist. Der Pegel eines LED-Treibersteuersignals LED CONTROL bestimmt den Basisstrom des Transistormittels, das wiederum den Impedanzwert des Kollektor-Emitterpfades des Transistormittels bestimmt, das mit der LED 162 in Reihe geschaltet ist. Alternativ könnten andere steuerbare Impedanzvorrichtungen mit veränderlichem Pegel verwendet werden.
In dieser Ausführungsform liest der Mikroprozessor 315 vor dem Starten eines jeden Integrationsintervalls und dem Vornehmen eines optischen Lesevorgangs den digitalen Wert aus, der die Temperatur der LED darstellt. Eine Tabelle der digitalen Eingabewerte für einen D/A-Wandler 342 (Fig. 15), die den analogen Treiberstromwerten der LED entsprechen, die nötig sind, um die Ausgabestärke der LED bei einem vorbestimmten konstanten Pegel bei verschiedenen Temperaturen zu erhalten, wird empirisch vorbestimmt und in einem Speicher wie beispielsweise einem RAM 334 gespeichert (Fig. 15). Der Mikroprozessor 315 verwendet den gemessenen digitalen Temperaturwert als einen Index in der Tabelle, holt den passenden digitalen D/A-Eingabewert zurück und legt ihn am D/A-Wandler 342 an. Der D/A-Wandler 342 wiederum erzeugt ein entsprechendes analoges LED-Treibersteuersignal LED CONTROL, das an das LED-Treibersteuermittel 224 angelegt wird. Das LED-Treibersteuermittel 224 reagiert auf das LED- Steuersignal, um den Antriebsstrom zu steuern, der durch die LED fließen darf, wodurch die gewünschte Ausgabestärke der LED in einem bestimmten Temperaturbereich erhalten bleibt.
In einer zweiten bevorzugteren Ausführungsform verwendet der Mikroprozessor 315 einen vorbestimmten Temperaturausgleichsfaktor, um die optisch-gelesenen Rückstrahlungsstärkewerte in Bezug auf Veränderungen der gemessenen Temperatur zu einer vorbestimmten Bezugstemperatur, zum Beispiel 35ºC, zu kompensieren. In diesem bevorzugteren Schritt legt der Mikroprozessor 315 einen vorbestimmten digitalen Wert an den D/A-Wandler 342 an, der einer gewünschten Ausgabestärke der LED 162 entspricht. Obwohl der D/A-Wandler für eine Flexibilität sorgt, um falls nötig oder erwünscht den LED-Treiberstrom zu verändern, indem einfach der digitale Eingabewert geändert wird, ist es nicht erforderlich, den Wert abhängig von Temperaturänderungen zu verändern, da die Rückstrahlungsstärke- Lesevorgänge auf Temperaturschwankungen direkt kompensiert werden.
Bevor detailliert beschrieben wird, wie der in der bevorzugten Ausführungsform verwendete Temperaturausgleichsfaktor berechnet wird, wird die Aufmerksamkeit auf Fig. 10 gelenkt, worin das optische Bezugsmittel 70 dargestellt wird. Das optische Bezugsmittel 70 sorgt für einen weißen optischen Bezug, der als ein allgemeiner Standard verwendet wird, wobei die aus den Teststellen 84 an den verschiedenen Reaktionspatronen 80 vorgenommenen Rückstrahlungsstärke-Lesevorgänge in Bezug auf diesen normiert werden. Vorzugsweise umfaßt das optische Bezugsmittel 70 einen durchstochenen Stahlpfosten, der über ein flaches oberes Ende verfügt. Ein Keramikgemisch, das einen vorab ausgesuchten optischen "Weißwert" aufweist, wird vorzugsweise am oberen Ende des Pfostens angelegt und dann darauf eingebrannt. Zum Beispiel wird ein weißes, keramisches oberes Ende, das mit dem 'National Bureau for Standards', Nr. 1 weißes Bezugsmuster übereinstimmt, gegenwärtig zur Verwendung bevorzugt. Jedoch sollte angemerkt werden, daß die Keramik einen beliebig ausgewählten weißen Bezugswert bestimmt, und daß andere weiße Standards ebenfalls verwendet werden können. Der Pfosten wird vorzugsweise am Analyzer 10 an einer Stelle angebracht, die den gebogenen Pfad des optischen Lesegeräts 32 schneidet, so daß die Rückstrahlungsbohrung 168 des Reflektometers 160 unmittelbar über das keramische obere Ende positioniert werden kann. Der Pfosten seinerseits wird vorzugsweise derart angebracht, daß er senkrecht einstellbar ist, so daß der senkrechte Abstand zwischen dem optischen Lesegerät 32 und der Oberfläche der Keramik eingestellt werden kann, um den senkrechten Abstand zwischen dem Lesekopf 155 und der Oberfläche der Teststelle 84 an den Reaktionspatronen 80 anzugleichen. Zum Beispiel kann der Pfosten an seiner unteren Hälfte mit einem Gewinde versehen sein und in eine entsprechende gewindete Aufnahmebohrung im Analyzer 10 geschraubt werden. Eine Abdeckung 72 wird ebenfalls am Analyzer angebracht und vorzugsweise so positioniert und geformt, daß sie über dem optischen Bezugsmittel 70 liegt. Die Abdeckung 72 ist ausgebildet, um zu verhindern, daß sich Staubteilchen oder anderer Schutt auf der Keramikoberfläche des Bezugsmittels ansammeln und die optische Rückstrahlung der Keramikoberfläche verändern. Die Abdeckung 72 wird vorzugsweise drehbar angebracht und in einer für gewöhnlich geschlossenen Stellung vorgespannt. Entsprechende Lappen (nicht gezeigt) können an der Abdeckung 72 und am Auslegerarm 30 bereitgestellt werden, so daß die Lappen in die Abdeckung 72 eingreifen und sie drehen, damit die Keramikoberfläche ausgesetzt wird, sobald das optische Lesegerät 32 in eine Stellung gedreht wird, um das optische Bezugsmittel zu lesen. Wenn sich der Auslegerarm 30 vom Bezugsmittel 70 wegdreht, kehrt die Abdeckung 72 vorzugsweise in ihre normal geschlossene Stellung zurück.
Beschreibt man nun detailliert das bevorzugte Verfahren zum Berechnen des Temperaturausgleichsfaktors, wird anfänglich angemerkt, daß erfahrungsgemäß bestimmt wurde, daß sich die Ausgabestärke der LED 162 in der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform in Zusammenhang mit. Temperaturschwankungen über einen erwarteten größtmöglichen Temperaturbereich von etwa 30ºC bis 40ºC allgemein linear verändert. Entsprechend kann eine lineare Gleichung abgeleitet werden, die die LED-Ausgabestärke in Bezug auf die Temperatur betrifft.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Ableiten der Gleichung beinhaltet ein erstes Positionieren des optischen Lesegeräts 32 über das Bezugsmittel 70, das Durchführen eines Dunkelrückstrahlungsstärke-Lesevorgangs mit einer abgeschalteten LED und das Speichern des Lesewerts. Als nächstes werden die Temperatur in der Behandlungskammer 11 über den erwarteten Bereich der Temperaturwerte zyklisch durchlaufen und es wird eine Vielzahl von Rückstrahlungsstärke-Lesevorgängen des Bezugsmittels 70 über den gesamten Temperaturbereich hindurch vorgenommen. Jedesmal, wenn ein Lesevorgang vorgenommen wird, wird die Temperatur gemessen. Jeder Rückstrahlungsstärke-Lesevorgang wird nettoeingebracht, indem die gespeicherte Dunkelrückstrahlungsstärke substrahiert wird, damit die Komponenten infolge des Vorhandenseins einer Umgebungsstrahlung beseitigt werden. Die entsprechenden gemessenen Temperatur- und Netto-Rückstrahlungsstärkedatenpaare werden daraufhin gespeichert. Dieses Verfahren wird vorzugsweise mindestens zwei weitere Male wiederholt, um eine repräsentative Datenmenge zu erzeugen.
Als nächstes werden die während eines jeden Temperaturzyklus erzeugten entsprechenden Datenpaare verarbeitet, indem herkömmliche lineare Regressionsverfahren verwendet werden, um die Steigungen und Abfangstellen der am besten passenden linearen Gleichungen zu erhalten, die ein vorhergesagtes Verhältnis zwischen der Rückstrahlungsstärke des bekannten weißen Bezugsmittels 70 und der gemessenen Temperatur für jeden Zyklus bestimmen. Jede abgeleitete Gleichung wird dann gelöst, um einen Netto-Rückstrahlungsstärkewert bei 35ºC zu erhalten, und der Steigungswert einer jeden Gleichung wird auf 35 Grad normiert, indem der Neigungswert durch den vorhergesagten Netto- Stärkewert bei 35 Grad geteilt wird. Die normierten Steigungswerte werden daraufhin gemittelt, und der mittlere Steigungswert, der in Zähleinheiten pro Grad ausgedrückt wird, wird als Temperaturausgleichsfaktor gespeichert.
In einer dritten und sogar bevorzugteren Ausführungsform wird der Thermistor 226 für die erste Ausführungsform von einem zweiten optischen Detektor ersetzt (nicht gezeigt). In dieser Ausführungsform wird der zweite optische Detektor direkt hinter der LED 162 angebracht und erzeugt ein Analogsignal, das eine Amplitude aufweist, die unmittelbar die Stärke der von der LED 162 zurückgestreuten optischen Strahlung betrifft. Jedesmal, wenn ein optischer Lesevorgang vorgenommen wird, werden die Signale aus dem ersten und zweiten optischen Detektor gleichzeitig umgewandelt und innerhalb desselben Integrationsintervalls integriert. Dann verarbeitet der Mikroprozessor die zwei Zählwerte, um das Verhältnis der gemessenen Rückstrahlstärke zu der Rückstreustärke zu bilden und danach das Verhältnis als Rückstrahlungsstärke-Lesewert zu behandeln. Da beide Lesevorgänge gleichermaßen durch die Temperaturschwankungen der LED 162 beeinflußt werden, bleibt das Verhältnis konstant und stellt einen temperaturkompensierten Rückstrahlungsstärkewert bereit. Keine Temperaturmessungen oder zusätzliche Ausgleiche der Rückstrahlungsstärke-Lesevorgänge sind in dieser Ausführungsform erforderlich.
Das optische Bezugsmittel 70 sorgt auch für einen Graustufen-Rückstrahlungs-Bezugswert, d. h. Schwärzungswert, der vorteilhafter Weise verwendet wird, um die Graustufen- Rückstrahlungswerte, die von den durch das optische Lesegerät 32 durchgeführten Rückstrahlungsstärke-Lesevorgänge der verschiedenen Teststellen 84 an den verschiedenen Reaktionspatronen 80 abgeleitet werden, zu kalibrieren oder normieren. Der Graustufen-Rückstrahlungs-Bezugswert wird dem optischen Bezugsmittel 70 zugewiesen, indem als erstes der Rückstrahlungsstärkewert des optischen Bezugsmittels auf die oben detailliert beschriebene Weise gelesen wird. Als nächstes wird der Rückstrahlungsstärkewert einer Mehrzahl optischer Standards gelesen, die bekannte Graustufen-Rückstrahlungswerte aufweisen. Zum Beispiel kann eine herkömmliche optische Filter-Testmatrix, die über eine Mehrzahl von optischen Filtern verfügt, die jeweils einen anderen bekannten Graustufen-Rückstrahlungswert aufweisen, gelesen werden. Eine geeignete Testmatrix, die acht optische Filter aufweist, die jeweils über einen anderen bekannten Graustufen- Rückstrahlungswert verfügen, ist von Munsell im Handel erhältlich.
Jeder vom optischen Bezugsmittel 70 gelesene Rückstrahlungsstärkewert und die optischen Standards werden Netto- eingebracht, indem die zuvor gespeicherte Dunkelrückstrahlungsstärke des optischen Bezugsmittels 70 substrahiert wird. Dann wird jeder Netto-Rückstrahlungsstärkewert, falls erforderlich, auf eine zuvor beschriebene Weise kompensiert und auf 35ºC normalisiert.
Die temperaturkompensierten Netto-Rückstrahlungsstärkewerte und die bekannten Graustufen-Rückstrahlungswerte für die optischen Standards werden daraufhin verarbeitet, indem herkömmliche lineare Regressionsverfahren verwendet werden, um das vorhergesagte Verhältnis zwischen dem Graustufen- Rückstrahlungswert einer optischen Oberfläche und dem entsprechenden Rückstrahlungsstärkewert der vom optischen Lesegerät gemessenen Oberfläche zu bestimmen. Der temperaturkompensierte Netto-Rückstrahlungsstärkewert des optischen Bezugsmittels 70 wird verwendet, um die lineare Regression für den vorhergesagten Graustufen-Rückstrahlungswert des optischen Bezugsmittels 70 zu lösen. Dieser Wert wird als Graustufen-Rückstrahlungs-Bezugswert zugeordnet und zur Verwendung bei der Normierung der sequentiell durchgeführten Rückstrahlungsstärke-Lesevorgänge der verschiedenen Teststellen 84 gespeichert.
In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird der vom optischen Lesegerät 32 aus einer jeden Teststelle 84 gelesene Rückstrahlungsstärkewert in einen entsprechenden Schwärzungswert umgewandelt. Wie zuvor erwähnt, kann der Schwärzungswert einer Teststelle 84 unmittelbar die Größe der Bindereaktion zwischen einem darauf angeordneten Fangreagenzmittel und einem entsprechenden Assaybindebestandteil von Interesse in der geprüften Probe betreffen, der für das Fangreagenzmittel spezifisch ist. Dies zeigt wiederum den Grad der allergischen Empfindlichkeit des Patienten in Bezug auf den speziellen Bindebestandteil, worin zum Beispiel das Fangreagenzmittel ein vorab ausgewähltes Allergen und der Bindebestandteil ein dafür spezifischer menschlicher IgE-Klasse-Antikörper sind.
Der für jede Teststelle 84 bestimmte Schwärzungswert kann als Ergebnis des mit der Stelle verknüpften Assays direkt aufgezeichnet werden. Jedoch wurde befunden, daß unterschiedliche IgE-Klasse-Antikörper, selbst wenn sie dieselben Konzentrationen aufweisen, im Patienten, die mit Allergenen in Berührung gebracht wurden, für die die Antikörper spezifisch sind, verschiedene Stufen an allergischer Empfindlichkeit erzeugen. Solchermaßen werden die Schwärzungswerte in einer bevorzugten Ausführungsform in ein 5-Stufen-Klasseneinteilung umgewandelt, die von 0, was keine allergische Empfindlichkeit darstellt, bis 4, was eine hohe allergische Empfindlichkeit darstellt, reicht. Die 5-Stufen-Klasseneinteilung erlaubt, daß Testergebnisse in einem einheitlichen Format aufgezeichnet werden. Jede Klasseneinteilung entspricht vorzugsweise einem vorbestimmten Bereich von Schwärzungswerten, die jedoch für verschiedene Assays unterschiedlich sein können. Um eine Einheitlichkeit bereitzustellen und eine Genauigkeit zu gewährleisten, werden die Klasseneinteilungen und entsprechenden Bereiche der Schwärzungswerte für jedes Assay vorzugsweise statistisch zu den Ergebnissen derselben Allergentests in Bezug gesetzt, die bekannte Verfahren wie beispielsweise Hautstich- und/oder RAST- Testverfahren verwenden.

KALIBRIERUNGS-DATENSYSTEM

Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Mittel zum Bereitstel len des Temperaturausgleichs, der optischen Kalibrierung und der Umwandlung der Rückstrahlungsstärkewerte, werden in einer bevorzugten Ausführungsform Mittel eingeschlossen, um Assay- Kalibrierungsdaten bereitzustellen, die bei der Kalibrierung bzw. Normierung der Assayergebnisse aus den verschiedenen Teststellen an verschiedenen Reaktionspatronen im Verhältnis zu allgemein vorbestimmten Standardwerten verwendet werden.
Daß die Bereitstellung der Assay-Kalibrierungsdaten erwünscht wird, rührt von der Tatsache her, daß die Allergene bzw. andere Assaybindebestandteile, die an einzelne Teststellen gebunden sind, während der Herstellung der Reaktionspatronen notwendigerweise in Chargen begrenzter Menge hergestellt werden. Da nicht jede Charge genau mit derselben Konzentration eines speziellen Bindebestandteils wie der irgendeinen anderen Charge desselben Bindebestandteils hergestellt werden kann, können unterschiedliche Teststellen, die an denselben vorausgewählten Bindebestandteil aus anderen Chargen binden, andere Assayergebnisse für dieselbe Probe herstellen.
Chargen-spezifische Assay-Kalibrierungsdaten, die für jede unterschiedliche Charge bereitgestellt werden, sorgen für ein Mittel zum Normieren der Assayergebnisse, die mit einzelnen Teststellen an einer Mehrzahl von Reaktionspatronen verknüpft sind, in Bezug auf einen oder mehrere allgemeine Standardwerte. Als Ergebnis erscheinen keine Charge-zu-Charge-Veränderungen in den Assayergebnissen, da alle Assayergebnisse aus allen Teststellen auf einen oder mehrere allgemeine Standards normiert werden.
Auf Fig. 14 Bezug nehmend, werden in einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform für jede Charge von Assaybindebestand zur teilen oder Fangreagenzien vorbestimmte Assay-Kalibrierungsdaten 300 vorzugsweise in einem maschinenlesbaren Format bereitgestellt. Die Assay-Kalibrierungsdaten 300 können in irgendeinem geeigneten Format und auf jedem geeigneten Datenquellenmittel, zum Beispiel einschließlich eines magnetischen oder gelochten Papierbandformats und Mediums, bereitgestellt werden. Ein optischer Strichcode in einem in der Technik als ASCII 3 aus 9 bekannten Format wird gegenwärtig bevorzugt. Auch werden die Assaykalibrierungsdaten 300 in der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform auf einem Papierblatt bereitgestellt.
Die Assay-Kalibrierungsdaten 300 können sowohl eine maschinenlesbare als auch vom Menschen lesbare Information 304 - falls erwünscht, miteinander vermischt - einschließen. Die vom Menschen lesbare Information kann beispielsweise ziemlich nützlich sein, um einem Techniker oder anderem Arbeiter bei der Bestimmung zur Hand zu gehen, welche Charge und welches Panel von Assays der Kalibrierungsdaten 300 entsprechen, und zwar vor der Eingabe der Daten in den Analyzer 10. Eine entsprechende Chargennummer in vom Menschen lesbarer Form wird vorzugsweise auf jeder Reaktionspatrone 80 bereitgestellt (s. Fig. 5), um dem Benutzer bei der Auswahl passender Kalibrierungsdaten 300 für jede Charge behilflich zu sein, bevor ein Testzyklus eingeleitet wird.
Alternativ können die Assay-Kalibrierungsdaten 300 in einem vom Menschen lesbaren Format bereitgestellt sein, wenn ein manuelles Dateneingabemittel wie beispielsweise eine Tastatur zur Verfügung steht. Dies ist eine weniger bevorzugte Alternative, da, wie unten ersichtlich werden wird, daraufhin eine große Anzahl der Kalibrierungsdaten manuell eingegeben werden müssen, was die mit den Tests verknüpften Arbeitszeiten und Kosten sowie das Fehlerrisiko erhöhen würde.
Der maschinenlesbare Teil der Kalibrierungsdaten schließt vorzugsweise mindestens die Kalibrierungsdaten 300 und den Chargecode ein, dem die Kalibrierungsdaten 300 entsprechen. Wenn verschiedene Panele von Assays auf Reaktionspatronen verfügbar sind, die hergestellt werden, indem Fangreagenzien aus derselben Charge verwendet werden, wird vorzugsweise auch ein Panel- Kennzeichnungscode als Teil des Chargencodes eingeschlossen.
Es ist ein bedeutsames Merkmal, daß die Kalibrierungsdaten 300 zu dem Zeitpunkt bestimmt werden, da die Reaktionspatronen hergestellt werden, so daß es für einen Techniker oder für einen anderen Benutzer unnötig wird, Standards oder Kalibrierungen vor der Einleitung eines Testzyklus durchzuführen. Die Kalibrierungsdaten werden vorzugsweise erzeugt, indem aus jeder Charge eines Fangreagenzmittels eine Probe verwendet wird, um eine oder mehrere Standardmuster zu untersuchen, die jeweils einen bekannten Konzentrationswert eines zweiten Assaybindebestandteils aufweisen, der für das Fangreagenzmittel spezifisch ist.
Wie gegenwärtig bevorzugt, wird jede Fangreagenzmittelprobe verwendet, um eine Reihe von Standardlösungen zu untersuchen, die jeweils einen anderen bekannten Konzentrationswert eines Proben-Assaybindebestandteils aufweisen, der für das Fangreagenzmittel spezifisch ist. Die Assayergebnisse und die bekannten Konzentrationen der untersuchten Lösungen werden verarbeitet, indem herkömmliche Regressionsmethoden der kleinsten Quadrate verwendet werden, um die Parameter und den passendsten Typen der Kurve zu erhalten, die die Kalibrierungskurve für jeder Charge des Fangreagenzmittels am besten beschreibt. Es wird den Fachleuten auf dem Gebiet klar sein, daß mehrere oder wenigere Standardlösungen verwendet werden könnten, und zwar abhängig vom erforderlichen Genauigkeitsgrad oder der Natur der Kalibrierungskurve.
Wie oben erwähnt, sollte es jetzt auch offensichtlich sein, warum die manuelle Eingabe der Kalibrierungsdaten nicht bevorzugt wird. Sind beispielsweise ein Panel von 50 Teststellen, die jeweils an ein anderes Fangreagenzmittel gebunden sind, und fünf Standardlösungen gegeben, müßten 250 einzelne Datenfelder manuell eingegeben werden. Die Zahl der für einen vorgegebenen Testzyklus einzugebenen Datenfelder würde darüber hinaus mit der Anzahl der Reaktionspatronen multipliziert werden, die hergestellt werden, indem Fangreagenzien aus verschiedenen Chargen verwendet werden.
Vorzugsweise werden ein herkömmliches optisches Code- Lesemittel 306 und ein optisches Code-Verarbeitungsmittel 308 bereitgestellt, um die Kalibrierungsdaten 300 für jede Charge von jedem Blatt 302 einzugeben. Spezieller können eine von Hewlett-Packard Co., als Modell Nr. HBCR-1800 im Handel verkaufte optische Code-Verarbeitungsschaltung und irgendeiner im Handel erhältliche Strichcode-Stab, der damit kompatibel ist, verwendet werden. Das optische Strichcode-Verarbeitungsmittel 308 wird mithilfe eines geeigneten Schnittstellenmittels, beispielsweise eines herkömmlichen Peripherie-Schnittstellen- Adapters (peripheral interface adaptor - PIA), mit dem Mikroprozessor 315 verbunden.
Der Mikroprozessor 315 wird wiederum auf bekannte Weise über eine Schnittstelle mit einem Datenspeichermittel 310 verbunden, das geeigneterweise ein herkömmlicher RAM-Speicher wie beispielsweise ein RAM 334 ist (Fig. 15). In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform speichert der Mikroprozessor 315 die Kalibrierungsdaten 300 für jede Charge in einem verfügbaren Bereich 314 des Datenspeichermittels 310, der für solche Daten freigehaltenen wird, und speichert die Startspeicherstelle zusammen mit dem Chargecode und Panelcode (falls vorhanden) der Kalibrierungsdaten in einer getrennten Nachschlagtabelle 312 entweder im Datenspeichermittel 310 oder, falls erwünscht, in einem anderen Speichermittel. Wie in Fig. 14 gezeigt, werden zum Beispiel drei Kalibrierungsdatensätze, die jeweils einer unterschiedlichen Charge von Fangreagenzien entsprechen, zusammen mit dem Chargecode und der Startspeicherstelle (in Hexadezimal) für jeden Satz im Datenspeichermittel 310 gespeichert gezeigt.
Wie zuvor erwähnt, werden an jeder Reaktionspatrone 80 vorzugsweise Codemittel 94 bereitgestellt, die an den Techniker oder anderen Benutzer zur Verfügung gestellt werden, um ein Panel von Assays durchzuführen. In einer bevorzugten Ausführungsform schließt jedes Codemittel unter weiteren Informationsdatenfeldern einen Code 318 ein, der die Charge kennzeichnet, aus der die Fangreagenzien stammen, die an jeder Teststelle 84 der Patrone gebunden werden. Wenn zusätzlich mehrere Patronen verfügbar sind, die unterschiedliche vorab ausgewählte Assaypanele enthalten und hergestellt werden, indem die Fangreagenzien aus derselben Charge verwendet werden, schließt der Code 318 vorzugsweise ebenfalls einen Panel- Kennzeichnungscode ein.
Aufgrund dieses Merkmals der Erfindung kann das Codemittel 94 jedes geeignete Format annehmen und auf jedem geeigneten Datenquellenmittel vorliegen. Jedoch wird bevorzugt, daß das Codemittel maschinenlesbar ist, und insbesondere wird bevorzugt, daß das Codemittel 94 ein optisches Strichcodeformat hat. Obwohl das Codemittel in der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform vorzugsweise an die Reaktionspatronen 80 angelegt wird, ist es zusätzlich klar, daß das Codemittel an ein anderes Mittel angelegt werden kann, das verwendet wird, um die Assays in unterschiedlichen Anordnungen durchzuführen. Ohne Einschränkung könnten die anderen Mittel verschiedene Fluidbehälter, Reaktionsbehälter oder -patronen, Feststoff-Testsubstrate oder dergleichen beinhalten.
Während des Betriebs untersucht der Benutzer vor dem Beginn eines Testzyklus vorzugsweise die zu verwendenden Reaktionspatronen und notiert die Chargennummer. Der Benutzer erhält dann die Kalibrierungsdatenblätter 302, die über die entsprechenden Chargennummer verfügen, und verwendet das optische Code- Lesemittel 306, um die Kalibrierungsdaten von den Blättern in den Analyzer 10 einzugeben, wo sie wie oben beschrieben gespeichert werden.
Während des Betriebs eines anschließenden Testzyklus verwendet der Analyzer 10 vorzugsweise ein zweites optisches Strichcode-Lesegerät 316, um das Codemittel 94 auf jeder Reaktionspatrone 80 automatisch zu lesen. Geeignete optische Code-Lesegeräte sind von verschiedenen Quellen im Handel erhältlich. Alternativ könnte das optische Lesemittel 32 verwendet werden, um, falls erwünscht, das Codemittel 94 zu lesen. Weniger bevorzugt, kann das Codemittel 94 manuell von jeder Patrone 80 gelesen werden, indem das optische Code- Lesemittel 306 oder andere manuell-betätigte Code-Lesemittel verwendet werden, oder es wird durch die Verwendung der Tastatur manuell eingegeben.
Der Mikroprozessor 315 speichert die Charge und den Panelcode (falls vorhanden), die zusammen mit der Stellung der Patrone 80 auf dem Karussell 18 aus jeder Patrone 80 eingeben werden, in einem Speicher 334. Sobald das optische Lesegerät 32 die Assayergebnisse von den Teststellen 84 von jeder Patrone 80 liest, holt der Mikroprozessor 315 am Ende des Testzyklus den Chargecode für jede Patrone 80 aus dem Speicher zurück und vergleicht ihn mit den zuvor in der Tabelle 312 gespeicherten Chargencodes Wenn eine Übereinstimmung gefunden wird, verwendet der Mikroprozessor die entsprechende Ausgangsspeicherstelle in der Tabelle 312, um die aktuellen Eichdaten 300 aus dem Speicherbereich 314 zurückzuholen. Der Mikroprozessor 315 verwendet daraufhin die Kalibrierungsdaten 300, um für jede Teststelle 84 das Assayergebnis, das auf die zuvor beschriebene Weise bestimmt wird, zu normieren, indem ein Regressionsanalyseverfahren auf eine den Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannte Weise verwendet wird. Natürlich können statt dessen, falls erwünscht, andere bekannte Normierungsverfahren verwendet werden.

SYSTEMSTEUERARCHITEKTUR

Vorzugsweise werden Hauptsteuermittel bereitgestellt, um die verschiedenen mechanischen und elektrischen Elemente des Analyzers 10 auf eine vorbestimmte Weise zu steuern, damit an einer Mehrzahl von biologischen Proben verschiedene vorab ausgewählte Assaypanele gleichzeitig durchgeführt werden. Das Kernstück des Hauptsteuermittels ist vorzugsweise ein programmierbarer Mikroprozessor 315, der über periphere Steuer-, Berechnungs-, und Datenverarbeitungsfähigkeiten verfügt. Von einem Intel 80186 Mikroprozessor wurde befunden, daß er die gewünschten Fähigkeiten besitzt, so daß er gegenwärtig als das Hauptsteuermittel bevorzugt wird.
Der Mikroprozessor 315 kommuniziert mithilfe eines Systembusses 320 mit den verschiedenen mechanischen und elektrischen Elementen des Analyzers 10 und steuert sie. Der Systembus 320 umfaßt passenderweise einen herkömmlichen Rechnerbus, der eine ausreichende Anzahl von Daten-, E/A-Steuer- und Adressleitungen aufweist, um den bevorzugten Mikroprozessor 315 gerecht zu werden, und bildet für die verschiedenen mechanischen und elektrischen Peripheriegeräte, die den Analyzer 10 umfassen, eine Schnittstelle. Die Auswahl, die Schnittstellen und der Betrieb des Systembusses liegen im Verständnis des durchschnittlichen Fachmanns und eine weitere detaillierte Beschreibung ist für ein vollständigeres Verständnis der Erfindung nicht erforderlich.
Ein Programmspeichermittel, vorzugsweise inform des PROM 335, wird bereitgestellt, um ein Steuerprogramm zu speichern, das die für den Mikroprozessor 315 nötigen Anweisungen enthält, um die verschiedenen elektrischen und mechanischen Elemente des Analyzers 10 zu steuern, damit automatisch Assays durchgeführt werden. Das Schreiben eines solchen Programms liegt gut innerhalb der Fähigkeiten des Fachmanns auf dem Gebiet, wobei die für den Mikroprozessor 315 erforderliche Abfolge der Schritte vorgegeben wird, um ein beispielhaftes Panel von Assays durchzuführen, wie es detailliert unten dargelegt wird. PROM 335 kann irgendein im Handel erhältlicher PROM sein, der mit dem Systembus 320 und dem bevorzugten Mikroprozessor 315 kompatibel ist; zum Beispiel ein Intel 27512 und/oder 27010 EPROM.
Eine zusätzliche Datenspeicherung wird vorzugsweise für Systemparameter wie beispielsweise Stellungen der Teststellen 84 in Bezug auf die Nullstellungs-Bezugskoordinaten, Assay-Kalibrierungsdaten, den Temperaturausgleichsfaktor und dergleichen inform eines RAM 334 bereitgestellt. Ein geeigneter RAM wird beispielsweise von Dallas Halbleiter-DS1235-RAMs bereitgestellt.
Vorzugsweise, ebenfalls mit dem Systembus 320 eine Schnittstelle bildend, sind Tastatur-, Drucker- und Anzeigeschnittstellen 322, 324 und 326, die jeweils, ein Tastenfeld 328, einen Drucker 330 und eine Anzeige 332 mit dem Mikroprozessor 315 verbinden. Der Drucker 330 ist vorzugsweise ein kompakter Thermodrucker, der verwendet werden kann, um die Assayergebnisse im Anschluß an die Beendigung eines Testzyklus durch den Analyzer 10 auszudrucken. Der Drucker 330 ist passenderweise irgendein im Handel erhältlicher Drucker, der mit dem Mikroprozessor 315 und Systembus 320 kompatibel ist. Die Druckerschnittstelle 324 ist vorzugsweise eine herkömmliche parallele Centronix-Druckerschnittstelle, die direkt mit einem DMA-Kanal des bevorzugten Intel 80186 Mikroprozessors verbunden wird. Die auszudruckenden Zeichendaten werden direkt vom Mikroprozessorspeicher auf die Druckerschnittstelle heruntergeladen, die wiederum die passenden Steuersignale erzeugt, um den Druckermechanismus zu steuern.
Das Tastenfeld 328, das zuvor allgemein beschrieben wurde, ist geeigneterweise ein herkömmliches matrixschaltungsartiges Tastenfeld. Ein herkömmlicher Matrix-Tastenfeld-Decoder, wie beispielsweise eine 74C923-Decoder-IC entschlüsselt vorzugsweise die Stellung einer jeden gedrückten Taste und erzeugt ein Interrupt für den Mikroprozessor 315, um für die Verarbeitung der Anweisungen des Mikroprozessor-Steuerprogramms die Identität der gedrückten Taste mitzuteilen.
Die Anzeige 332 ist geeigneterweise eine kleine LCD-artige Anzeige, die verwendet werden kann, um dem Benutzer während eines Testzyklus Eingabeaufforderungen bereitzustellen. Die Anzeige kann auf herkömmliche Weise mit dem Mikroprozessor 315 verbunden werden, indem ein Anzeigetreiber wie beispielsweise eine im Handel erhältliche Hitachi HD44100 Treiber-IC und ein Anzeigekontroller wie beispielsweise eine im Handel erhältliche Hitachi HD44780 Kontroller-IC verwendet werden. Die anzuzeigenden Zeichendaten werden durch den Mikroprozessor zum Anzeigekontroller übertragen, der wiederum den Anzeigetreiber steuert, damit er die passenden Anzeigesignale erzeugt, um die Zeichendaten anzuzeigen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden der Programmspeicherer, der zusätzliche Speicher, der Mikroprozessor und das Tastenfeld-, Drucker- und Anzeigeschnittstellenmittel insgesamt auf einer einzigen CPU-Platine bereitgestellt, die von der Intel Corp. of Santa Clara, Kalifornien, im Handel erhältlich ist.
Die Schrittmotorantriebe für das Karussell 18 und den Auslegerarm 30 werden jeweils mittels einer Schnittstelle 338 in Schnittstellenverbindung zum Mikroprozessor 315 gebracht. Jede Schnittstelle 338 umfaßt vorzugsweise einen programmierbaren Schnittstellenzeitgeber (nachstehend PIT) wie beispielsweise einen PIT des 8254-Typs und ein programmierbarer logischer Kontroller (PLC) wie beispielsweise ein PLC des GAL16V8-Typs. Um einen Schrittmotor zu veranlassen, eine Anzahl von Schritten fortzuschreiten, programmiert der Mikroprozessor 315 vorzugsweise den Schnittstellenzeitgeber, um bei einer gewählten Frequenz eine ausgesuchte Anzahl von Zählwerten herunterzuzählen. Das PLC reagiert auf die Schnittstellenzeitgeber-Zählwerte, um dem Schrittmotor mit der programmierten Frequenz die programmierte Anzahl von Schrittimpulsen auszugeben.
Die Wasch- und Abwasserpumpen werden mithilfe einer Wasch/Abwasserpumpen-Steuerschnittstelle 352, die vorzugsweise ein Paar herkömmlicher Motorsteuerrelais umfaßt, mit dem Mikroprozessor in Schnittstellenverbindung gebracht. Der Mikroprozessor 315 gibt Motor-an- und -aus-Signale aus, um die Relais direkt zu öffnen und dadurch Strom an den Pumpenmotoren anzulegen und Strom daraus wegzunehmen.
Die zuvor zur Steuerung der Temperatur in der Behandlungskammer 11 erwähnten Temperaturfühler und -heizer werden mithilfe der Temperaturfühler und Heizer-Ein/Aus-Steuerschnittstellen 346 und 348 mit dem Mikroprozessor 315 in Schnittstellenverbindung gebracht. Die Temperaturfühler-Schnittstellen 346 umfassen vorzugsweise A/D-Wandler, am bevorzugtesten des Spannungs-zu-Frequenz-artigen, und Zähler, die auf dieselbe Weise wie oben unter Bezugnahme auf die bevorzugte optische Lesesignalverarbeitungs- und Steuerschaltung 225 beschrieben angeordnet und betrieben werden. Um einen Sensor auszulesen, programmiert der Mikroprozessor 315 einen PIT 344, um für den Zähler eine Integrationszeitspanne zur Verfügung zu stellen, und aktiviert den Zähler. Wenn der PIT signalisiert, daß die programmierte Integrationszeitspanne vorüber ist, sperrt der Mikroprozessor 315 den Zähler, liest den Endzählwert aus, der die gemessene Temperatur darstellt, und setzt den Zähler für den nächsten Lesevorgang zurück.
Die Heizer-Ein/Aus-Steuerschnittstelle umfaßt vorzugsweise ein Heizer-Ein/Aus-Steuerrelais. Der Strom an den Heizer wird direkt durch den Mikroprozessor 315 gesteuert, der der Schnittstelle logische Signale übermittelt, um das Relais zu öffnen und zu schließen.
Die optische Lesesignalverarbeitungs- und Steuerschaltung 225 und der dazugehörige D/A-Wandler 342, der Auslegerarm und die optischen Karussellschalter 350, sowie das optische Code- Lesemittel 306 und die Schnittstelle 308 wurden alle zuvor in Verbindung mit dem Mikroprozessor 315 ausführlich beschrieben.

EXEMPLARISCHE WIRKUNGSWEISE

Eine detaillierte Schritt-für-Schritt-Beschreibung der bevorzugten Betriebsausführungsform des gegenwärtig bevorzugten biologischen Proben-Analyzers 10 bei, der Durchführung eines exemplarischen Panels von Enzym-Immunoassays (EIA) an jeder, einer Mehrzahl biologischer Proben wird nun ausgeführt.
Wenn als erstes Strom am Analyzer 10 angelegt wird, bewirkt das Mikroprozessor-Steuerprogramm vorzugsweise, daß der Mikroprozessor eine Reihe von Vorbereitungsschritten zur Durchführung eines Testzyklus durchläuft. Anfänglich programmiert der Mikroprozessor 315 die Treiberschnittstellen 338 des Auslegerarms 30, des Probenarms 33 und der Schrittmotoren 50, 56 und 66 des Karussells 18, den Auslegerarm 30, Probenarm 33 und das Karussell 18 in ihren jeweiligen Ausgangsstellungen zu positionieren. Der Mikroprozessor 315 wartet daraufhin auf eine Bestätigung inform von Signalen von den mit dem Auslegerarm 30, dem Probenarm 33 und dem Karussell 18 verbundenen optischen Schaltern 350, daß sie ihre jeweiligen Ausgangsstellungen erreicht haben.
Nachdem sich der Auslegerarm 30 und das Karussell in der Ausgangsstellung befinden, programmiert der Mikroprozessor 315 die Auslegerarm- und Karusselltreiberschnittstellen 338 dahingehend zu veranlassen, daß die Schrittmotoren 59 und 56 den Auslegerarm 30 und das Karussell 18 in Stellungen drehen, worin das optische Lesegerät 32 am optischen Positionierungsmittel 140 angrenzt. Der Mikroprozessor 315 sendet der optischen Lese- Verarbeitungs- und Steuerschaltung 225 als nächstes ein Signal LED CONTROL zu, um die LED 162 einzuschalten. Der Mikroprozessor 315 programmiert daraufhin sequentiell die Treiberschnittstellen 338 für den Auslegerarm 30 und das Karussell 18, damit sie veranlassen, daß das optische Lesegerät 32 die quaderartige Struktur des optischen Positionierungsmittels 140 radial abtastet, während das Karussell 18 unbeweglich bleibt, und daraufhin für das Karussell 18, um die quaderartige Struktur dem Umfang nach am unbeweglichen optischen Lesegerät 32 vorbei zu drehen. Während des Abtastverfahrens beginnt der Mikroprozessor 315 mit einer zuvor beschriebenen Mehrzahl von gleich beabstandeten optischen Lesevorgängen und speichert jedes Rückstrahlungsstärke-Lesewert im RAM 334. Aus den gespeicherten Lesewerten berechnet der Mikroprozessor 315, wie zuvor beschrieben, die Koordinaten der Mitte der quaderartigen Struktur als die Anzahl der Zählwerte von der Ausgangsstellung für die Schrittmotoren 50 und 56 des Karussells und Auslegerarms aus und speichert die Koordinaten als Nullstellen-Bezug. Der Mikroprozessor 315 wartet dann auf den Beginn eines Testzyklus.
Alle anschließenden Positionierungen des Karussells 18 und Auslegerarms 30, um auf jede spezielle Stelle auf dem Karussell 18 bzw. einer Patrone 80 zuzugreifen, werden vorzugsweise durch den Mikroprozessor 315 ausgeführt, indem die Treiberschnittstellen 338 mit einer Reihe von vorbestimmten Karussell- und Auslegerarm-Schrittmotorschritten programmiert werden, die der Stelle von Interesse entsprechen. Diese Schritte werden vorzugsweise vorbestimmt und in einer Stellungstabelle im RAM 334 gespeichert. Die Stellungstabelle (nicht gezeigt) schließt vorzugsweise vorbestimmte Schrittmotor-Zählwerte ein, um das Karussell und den Auslegerarm in vorbestimmten Stellungen zu positionieren, damit der optische Zugriff auf das Codemittel 94, der Zugriff der Proben 28 auf die Öffnungen 92 der Reaktionsbehälter 86 in einer Fluidzugriffstellung und der optische Zugriff auf jede der Teststellen 84 in einem Reaktionsbehälter 86 einer Patrone 80 in einer Lesestellung bereitgestellt werden. Vorzugsweise sind die in der Stellungstabelle gespeicherten Schrittwerte in Bezug auf die Koordinaten des gespeicherten Nullstellen-Bezugs angegeben. Solchermaßen ist die tatsächliche Schrittanzahl für den Auslegerarm bzw. das Karussell zum Erreichen der speziellen Stelle von der Ausgangsstellung aus die Summe der Nullstellen-Bezugskoordinaten und der Schrittwerte in der Stellungstabelle.
Vor dem Starten eines Testzyklus erhält der Benutzer die richtigen Reaktionspatronen 80 für die durchzuführenden Tests und notiert die Chargennummer Der Benutzer erhält dann das Assaykalibrierungsdatenblatt 302 für jede Chargennummer und gibt die Kalibrierungsdaten 300 für jede Charge ein, indem das optische Code-Lesemittel 306 verwendet wird. Der Mikroprozessor 315 reagiert auf das optische Code-Lesemittel 306 in Übereinstimmung mit dem Steuerprogramm, um die Kalibrierungsdaten 300 und die Chargennummer, sowie das Start-Speicherstellungspaar, wie oben beschrieben, im RAM 334 zu speichern.
Der Benutzer startet vorzugsweise ein Testverfahren, indem die RUN-Taste auf dem Tastenfeld gedrückt wird. In Übereinstimmung mit dem Steuerprogramm reagiert der Mikroprozessor 315 zu diesem Zeitpunkt auf die RUN-Taste, indem er die Treiberschnittstellen 338 programmiert, den Auslegerarm 30 und das Karussell 19 in die Ausgangsstellung zu bringen. Der Mikroprozessor 315 überträgt daraufhin eine Zeichenfolge an die Anzeigeschnittstelle 326, um den Benutzer an der Anzeige 36 aufzufordern, eine Reaktionspatrone, an der Vorderseite des Analyzers 10 in die Karussellöffnung zu setzen und die Patientenkennung einzugeben.
Im beschriebenen exemplarischen Enzymimmunoassay führt der Benutzer vorzugsweise etwa 0,5 ml des Patientenserums und 0,5 ml eines Probenverdünnungspuffers wie beispielsweise ein 10%iges nicht reaktionsfähiges Pferdeserum in IOmM (TB5) pH 7,4 durch die Öffnung 92 in den Reaktionsbehälter 86 einer Patrone 80 ein. Der Benutzer zeichnet daraufhin bevorzugt manuell eine Patientenkennung auf der Reaktionspatrone 80 auf, lädt die Patrone 80 in die Öffnung im Karussell 18 und gibt die Patientenkennung auf dem Tastenfeld 34 ein. Der Mikroprozessor 315 reagiert auf die Eingabe der Patientenkennung auf dem Tastenfeld 34 in Übereinstimmung mit dem Steuerprogramm, indem die Stellung der Patrone auf dem Karussell 18 mit der Patientenkennung im RAM 334 gespeichert wird.
Der Mikroprozessor 315 wartet daraufhin auf die nächste Eingabe aus dem Tastenfeld 34. Der Benutzer drückt vorzugsweise entweder die INDEX-Taste oder die RUN-Taste. Wenn der Benutzer die INDEX-Taste drückt, reagiert der Mikroprozessor 315, indem er die Karusselltreiberschnittstelle 338 darauf programmiert, den Karussell-Schrittmotor 56 zu veranlassen, das Karussell 18 um eine Patronenstelle zu drehen und die nächste Karussellöffnung an der Vorderseite des Analyzers 10 zu präsentieren. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis alle Proben enthaltenden Patronen auf dem Karussell geladen wurden. Wenn der Benutzer die RUN-Taste drückt, reagiert der Mikroprozessor 315 in Übereinstimmung mit dem Steuerprogramm, um die Durchführung der passenden Testverfahren für die Proben zu starten.
Der Mikroprozessor 315 programmiert als erstes die Karussell- und Auslegerarmtreiberschnittstellen 338 mit den Schrittkoordinaten, damit das optische Lesegerät 32 sequentiell am Codemittel 94 auf jeder Patrone 80 angrenzend positioniert und daraufhin jedes Codemittel 94 abgetastet wird. Während eines jeden Abtastens betreibt der Mikroprozessor 315 das optische Lesegerät 32, damit es eine Mehrzahl von Rückstrahlungsstärke- Lesevorgänge der Codemittel. 94 vornimmt, und speichert die Lesewerte. Im Anschluß an jedes Abtasten verarbeitet der Mikroprozessor 315 die gespeicherten Lesevorgänge und leitet das Codemittel 94 aus dem Gegensatz zwischen von den hellen und dunklen Bereichen des Codes vorgenommenen Rückstrahlungsstärke- Lesevorgänge ab. Wie zuvor erwähnt, kann der Mikroprozessor 315 alternativ, falls erwünscht, ein anderes herkömmliches optisches Code-Lesemittel steuern, um das Codemittel 94 zu lesen.
Der Mikroprozessor 315 verarbeitet dann das Codemittel 94 und leitet daraus einen Assayartcode ab. Der Mikroprozessor 315 reagiert vorzugsweise in Übereinstimmung mit dem Steuerprogramm auf den Assayartcode, um danach die erforderlichen Schritte auszuführen, damit das identifizierte Assay innerhalb der Parameter eines vorbestimmten Protokolls für das Assay durchgeführt wird. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung wird angenommen, daß ein Enzymimmunoassay durchgeführt werden muß, indem ein Sandwich-Assayformat verwendet wird.
Der Mikroprozessor leitet auch den Chargecode vom Codemittel 94 ab und speichert ihn, bis er gebraucht wird, zusammen mit dem entsprechenden Patientenkennungcode und den Karussell-Stellungsdaten im RAM 334.
Nachdem das Codemittel 94 auf jeder Reaktionspatrone 80 gelesen wurde, beginnt der Mikroprozessor 315 in Übereinstimmung mit dem Assayartcode und dem Steuerprogramm mit einem zeitlich gesteuerten Inkubationszyklus. Im beschriebenen exemplarischen EIA programmiert der Mikroprozessor 315 einen oder mehrere der PIT 344, einen Proben-Inkubationszyklus von 16 Stunden zeitlich zu steuern. Während des Inkubationszyklus programmiert der Mikroprozessor 315 die Karusselltreiberschnittstelle 338, das Karussell fortwährend zu drehen, um ein leichtes Umrühren bereitzustellen und das Binden der IgE-Klasse-Antikörper in jeder Probe zu fördern, die für die Fangallergene spezifisch sind, die an jeder Teststelle 84 einer jeden Reaktionspatrone 80 gebunden werden.
Wenn der Inkubationszyklus zeitlich abgelaufen ist, beginnt der Mikroprozessor 315 vorzugsweise in Übereinstimmung mit dem Assaytypcode und dem Steuerprogramm mit einem Waschvorgang. Der Mikroprozessor 315 programmiert die Auslegerarm- und Karusselltreiberschnittstellen 338, damit sie den Auslegerarm in einer vorbestimmten Fluidzugriff positionieren und sequentiell jede Patrone auf dem Karussell unter die Probe 28 an der Fluidzugriffstelle zu positionieren. Sobald jede Patrone unter die Probe gebracht ist, programmiert der Mikroprozessor 315 die Treiberschnittstelle 338 für den linearen Schrittmotor 66, die Probe 28 durch die Öffnung 92 nach unten und in den Reaktionsbehälter 86 zu drehen. Der Mikroprozessor 315 sendet dann Signale an die Wasch/Abwasserpumpen-Steuerschnittstellen 352, um sequentiell zu veranlassen, daß die Abwasserpumpe 27 die Serumprobe aus dem Reaktionsbehälter 86 saugt, daß die Waschpumpe 25 eine Waschfluidmenge in den Reaktionsbehälter 86 einführt, daß sich das Karussell 18 über eine vorbestimmte Zeitspanne dreht, und daß die Waschpumpe 27 das verbrauchte Waschfluid aus dem Behälter 86 aufsaugt. Der Mikroprozessor wiederholt vorzugsweise etwa dreimal die Schritte zum Einführen, Drehen und Ansaugen des Waschfluids. Der Mikroprozessor programmiert daraufhin die Treiberschnittstelle 338, den linearen Schrittmotoren 66 zu veranlassen, die Probe 28 nach oben aus dem Reaktionsbehälter heraus zu drehen. Wenn die Reaktionsbehälter 86 der Patronen 80 gewaschen wurden, programmiert der Mikroprozessor die Treiberschnittstelle 338, damit sie den Auslegerarm in die Ausgangsstellung bringt.
Als nächstes sendet der Mikroprozessor 315 eine Aufforderungs-Zeichenfolge an die Anzeigeschnittstelle 326, um den Benutzer aufzufordern, das Konjugat-Reagenzmittel in die Reaktionspatronen 80 einzuführen. Im beschriebenen exemplarischen EIA sind die Analyten bzw. Probenbindekomponente von Interesse in den Proben menschliche IgE-Klasse-Antikörper und die konjugierte Verbindung vorzugsweise Ziegen-Immunoglobulin, das für die Epsilonkette des menschlichen IgE-Klasse-Antikörpers spezifisch ist, die mit einem Enzym wie beispielsweise einem alkalischen Phosphatase- oder Meerrettichperoxid-(HRPO)-Konjugat konjugiert wird. Wie jedoch auf dem technischen Gebiet bekannt, kann die spezifische erfassende konjugierte Verbindung verändert werden, solange eine erfaßbare Markierung (enzymatisch oder fluorogen zum Beispiel) an eine Spezies (ein Antikörper oder ein anderes identifizierbares Bindemittel zum Beispiel) gekettet wird, das in der Lage ist den Analyten von Interesse bzw. den Analyten-Fangreagenzmittelkomplex zu erfassen. Es ist denkbar, eine kolloidale konjugierte Verbindung wie beispielsweise Gold oder ein anderes Metall als erfaßbare Markierung zu verwenden.
Der Benutzer führt die konjugierte Verbindung an der Vorderseite des Karussells vorzugsweise durch die Öffnung 16 in der Behandlungskammertür 12 in den Reaktionsbehälter 86 der Patrone 80 ein und drückt dann die INDEX-Taste. Der Mikroprozessor 315 reagiert, indem er die Treiberschnittstellen 338 programmiert, das Karussell 18 um eine Stelle zu indizieren. Dieses Verfahren wiederholt sich, bis der Benutzer die konjugierte Verbindung in jede Reaktionspatrone 80 eingeführt hat.
Wenn das Konjugat-Einführungsverfahren abgeschlossen ist, beginnt der Mikroprozessor 315 in Übereinstimmung mit dem Assayartcode und dem Steuerprogramm auf dieselbe Weise wie oben beschrieben mit einem weiteren zeitlich gesteuerten Inkubationszyklus. Im Fall des beschriebenen exemplarischen EIA beträgt die Konjugat-Inkubationszeitspanne vorzugsweise etwa vier (4) Stunden. Während der Inkubationszeitspanne veranlaßt der Mikroprozessor 315 den Karussell-Schrittmotor 56 auch, das Karussell 18 fortwährend zu drehen, um ein leichtes Umrühren bereitzustellen und das Binden der konjugierten Verbindung an den Antikörper-Fangreagenzmittel-Testmatrixkomplex zu fördern.
Wenn die Konjugat-Inkubationszeitspanne abgelaufen ist, beginnt der Mikroprozessor allgemein auf dieselbe Weise wie mit dem ersten Waschvorgang mit einem zweiten Waschvorgang. Im Anschluß an den Waschvorgang veranlaßt der Mikroprozessor das Auffordern des Benutzers, damit er, das Substrat-Reagenzmittel einführt. Im Fall des beschriebenen exemplarischen EIA ist für eine HRPO-Enzymmarkierung ein bevorzugtes Substrat 4-chlor-1- naphthol in Isopropanal und Wasserstoffperoxid. Für eine alkalische Phosphatmarkierung ist ein bevorzugtes Substrat 5- brom-4-chlor-3-indolylphosphat/Nitroblautetrazol (BCIP/NTT) in Amino-methyl-propanal. In beiden Fällen wird das Substrat ausgesucht, um durch die enzymatische Markierung der konjugierten Verbindung eine Einwirkung zu erfahren, damit es auf der Oberfläche einer jeden Teststelle 84, die den spezifischen Analyten von Interesse an sich gebunden hat, eine Farbe entwickelt. Die gefärbte Teststelle hat in Bezug auf die Größe der Bindereaktion zwischen dem an der Teststelle gebundenen Allergen und dem für das Allergen spezifischen Probenanalyten eine Schwärzung (optische Dichte). Die Schwärzung kann aus der Rückstrahlungsstärke der vom optischen Lesegerät 32 gelesenen Teststelle bestimmt werden, um den Grad allergischer Empfindlichkeit des Patienten in Bezug auf das Fangallergen zu erhalten.
Der Mikroprozessor arbeitet vorzugsweise in Übereinstimmung mit dem Steuerprogramm, um auf dieselbe Weise wie oben mit Bezug auf die konjugierte Verbindung beschrieben das Karussell 18 zu indizieren und zur Einführung des Substrats in jede Reaktionspatrone 80 aufzurufen. Im Anschluß an das Substrateinführungsverfahren im exemplarischen EIA, beginnt der Mikroprozessor mit einem zeitlich gesteuerten Substrat-Inkubationszyklus, in dem dem Substrat gestattet wird, mit den Teststellen 84 einer jeden Reaktionspatrone für etwa dreißig Minuten in Berührung zu kommen. Während dieser Zeitspanne veranlaßt der Mikroprozessor die anhaltende Drehung des Karussells, um auf dieselbe Weise wie oben beschrieben eine leichtes Umrühren bereitzustellen.
Im Anschluß an die Substrat-Inkubationszeitspanne und das Waschen beginnt der Mikroprozessor, der in Übereinstimmung mit, dem Steuerprogramm arbeitet, mit einem Trocknungsverfahren. Anfänglich veranlaßt der Mikroprozessor, daß sich das Karussell 18 in seine Ausgangsstellung dreht. Dann veranlaßt der Mikroprozessor, daß die Anzeige den Benutzer auffordert, die Abdeckung 90 von der Reaktionspatrone 80 an der vorderen Stellung des Karussells abzunehmen. Der Benutzer öffnet vorzugsweise die Tür 12 des Analyzers 10 und entfernt, wie aufgefordert, jede Abdeckung 90, indem er sie vom oberen Ende der Reaktionsbehälterwand 88 ablöst. Die Abdeckung 90 kann dann weggeworfen werden. Der Mikroprozessor wartet darauf, daß der Benutzer die INDEX-Taste drückt. Wenn der Benutzer die INDEX- Taste drückt, veranlaßt der Mikroprozessor, daß das Karussell um eine Öffnung gedreht wird, so daß die nächste Patrone 80 in der vorderen Stellung vorliegt. Der Mikroprozessor bewirkt, daß die Anzeige den Benutzer neuerlich auffordert, die Abdeckung 92 der Patrone in der vorderen Stellung abzunehmen. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis der Benutzer die Abdeckungen aller Patronen 80 auf dem Karussell 18 abgenommen hat.
Wenn die Abdeckung von der letzten Patrone entfernt ist und der Benutzer die RUN-Taste drückt, veranlaßt der Mikroprozessor, daß die Anzeige den Benutzer auffordert, die Behandlungskammertür 12 zu schließen und neuerlich die RUN-Taste zu drücken. Wenn der Benutzer die RUN-Taste drückt, reagiert der Mikroprozessor in Übereinstimmung mit dem Steuerprogramm, um ein zeitlich gesteuertes Trocknungsintervall von vorzugsweise etwa fünfzehn (15) Minuten zu programmieren, und veranlaßt die Karussell- Schrittmotoren 56, das Karussell während des zeitlich gesteuerten Intervalls anhaltend zu drehen, um das Trocknen der Testmatrizen 82 in jeder der Patronen 80 zu fördern. Ebenfalls zu diesem Zeitpunkt wird die Dunkelrückstrahlungsstärke zunächst mit der abgeschalteten LED bestimmt; dann wird die LED mit Energie versorgt und sie wird während des Trocknungsverfahrens aufgewärmt.
Wenn die Trocknungsintervallzeitspanne abgelaufen ist, beginnt der Mikroprozessor in Übereinstimmung mit dem Steuerprogramm automatisch einen Lesevorgang, der mit dem Lesen des optischen Bezugsmittels 70 startet. Der Mikroprozessor programmiert sequentiell die Karussell- und Auslegertreiberschnittstellen 338, um sequentiell jede Reaktionspatrone 80 auf dem Karussell 18 in einer vorbestimmten Lesestellung zu positionieren, die den bogenförmigen Bewegungspfad des optischen Lesegeräts 32 kreuzt. Befindet sich die Reaktionspatrone 80 einmal in der Lesestellung, holt der Mikroprozessor sequentiell die Schrittkoordinaten für jede Teststelle 84 aus der Stellungstabelle zurück und veranlaßt die Karussell- und Auslegerarmschrittmotoren, das Karussell und den Auslegerarm so zu positionieren, daß jede Teststelle 84 auf die zuvor detailliert beschriebene Weise gelesen wird. Der Mikroprozessor führt die Nettokorrektur des Rückstrahlungsstärke-Lesevorgangs für jede Teststelle durch, indem er, falls erforderlich, die Temperatur ausgleicht, und speichert die Lesewerte mit dem Karussellstellungscode und dem Patientenkennungscode der Patrone 80 im RAM 334.
Wenn jede Teststelle 84 einer jeden Reaktionspatrone 80 gelesen wurde, holt der Mikroprozessor die Lesewerte für jede Patrone 80 aus dem RAM, wandelt sie in eine Schwärzung (optische Dichte) um, kalibriert sie, indem die gespeicherten Assay- Kalibrierungsdaten verwendet werden, wandelt sie dann alle auf zuvor beschriebene Weise in eine Klasseneinteilung um und speichert sie zurück in den DMA-zugreifbaren Speicher. Wenn alle Lesewerte kalibriert und umgewandelt wurden, beginnt der Mikroprozessor mit einer DMA-Übertragung der gespeicherten Testergebnisse an die Druckerschnittstelle 324, die wiederum den Drucker veranlaßt, die Testergebnisse für jeden Patientenkennungscode inform normierter Klasseneinteilungen für jedes Fangallergen des Panels von Assays auszudrucken.
Nachdem das Ausdrucken der Testergebnisse beendet ist, sendet der Mikroprozessor eine Aufforderungs-Zeichenfolge an die Anzeigenschnittstelle 326, um den Benutzer aufzufordern, die verwendeten Patronen 80 aus dem Karussell 18 zu nehmen. Der Mikroprozessor steuert das Indizieren des Karussells und das Entfernen der verbrauchten Patronen auf allgemein dieselbe Weise wie die oben beschriebene Einführung der verschiedenen Reagenzien.
Die vorangegangene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt. Es ist nicht beabsichtigt, den Schutzumfang der Erfindung einzuschränken, der durch die anliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente bestimmt wird. Verschiedene Modifikationen und Änderungen der bevorzugten Ausführungsformen sind im Licht der obigen Lehren möglich und für die Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich. Daher wird es beabsichtigt, daß der Schutzumfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche, einschließlich aller Äquivalente, bestimmt wird.
Wenn technische Merkmale in den Ansprüchen mit Bezugszeichen versehen sind, so sind diese Bezugszeichen lediglich zum besseren Verständnis der Ansprüche vorhanden. Dementsprechend stellen solche Bezugszeichen keine Einschränkungen des Schutzumfangs solcher Elemente dar, die nur exemplarisch durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Claims

1. Ein Gerät zum Tragen einer Mehrzahl ausgewählter Fangreagenzien, von denen jedes mit einem interessierenden spezifischen bindenden Assaybestandteil in einer biologischen Probe eine Reaktion eingeht, wobei das Gerät für das gleichzeitige Untersuchen der Probe auf das Vorhandensein des bindenden Assaybestandteils verwendet wird und folgendes umfaßt:

eine erste Schicht (83) des Fangreagenz-Bindematerials;

eine zweite Schicht (85) eines nicht-absorbierenden Substratmaterials unterhalb der ersten Schicht (83);

eine Mehrzahl von Teststellen (84), die in der ersten Schicht (83) des Fangreagenz-Bindematerials gebildet werden, von denen jede ausgebildet ist, um ein ausgewähltes Fangreagenz zu binden; und

ein Isolierungsmittel (89, 99) zum Isolieren einer jeden Teststelle (84) von jeder anderen Teststelle (84) und zur Begrenzung des auf eine der Teststellen (84) aufgetragenen Fangreagenzes, worin das Isolierungsmittel (89, 99) eine Mehrzahl von Isolierungsgräben (99) umfaßt, die durch Vertiefungen (89) in der ersten Schicht (83) ausgebildet sind und um die Teststellen (84) in der ersten Schicht (83) herum angeordnet sind, wobei die Vertiefungen (89) mit einem Ultraschallhorn gebildet werden können,

dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vertiefungen (89) in und nicht vollständig durch die erste Schicht (83) erstrecken, und dadurch daß die unteren Abschnitte (95) der Vertiefungen (89) hydrophob sind, so daß der Fluß der Reagenzien zwischen den Teststellen (84) begrenzt wird.

2. Das Gerät nach Anspruch 1, das weiterhin eine dritte Schicht (87) hydrophoben Materials unterhalb der ersten Schicht (83) einschließt.

3. Das Gerät nach den Ansprüchen 1 oder 2, worin das Fangreagenz-Bindematerial Nitrocellulose oder Nylon ist.

4. Das Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, worin das nicht-absorbierende Substratmaterial ein Polyesterfilm ist.

5. Das Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, worin die Teststellen (84) im wesentlichen kreisförmig sind.

6. Das Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, worin die Teststellen (84) einen Durchmesser von etwa 2,54 mm (0,1 Zoll) aufweisen.

7. Das Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 2-6, worin die dritte Schicht (87) des hydrophoben Materials ein hydrophober Kleber ist.

8. Ein Verfahren zum Herstellen eines Geräts zum Tragen einer Mehrzahl ausgewählter Fangreagenzien zur Verwendung bei der gleichzeitigen Untersuchung einer biologischen Probe für eine Mehrzahl entsprechender bindender Assaybestandteile, das folgende Schritte umfaßt:

das Bilden eines Laminats (83, 85), das eine Schicht (83) eines Fangreagenz-Bindematerials und eine Schicht (85) eines nicht-absorbierenden Substratmaterials einschließt; und

das Bilden einer Mehrzahl isolierter Teststellen (84) eines vorbestimmten Volumens in das Laminat (83, 85), wobei jede ausgebildet ist, um zwischen einem Fangreagenz und einem spezifischen bindenden Bestandteil in einer Testprobe eine Reaktion zu unterstützen und um, das Fangreagenz in dem vorbestimmten Volumen zu enthalten, indem ein Isolierungsgraben (99) um jede Teststelle (84) herum gebildet wird, wobei der Graben (99) aus einer Vertiefung (89) in der ersten Schicht (83) besteht, wobei die Vertiefung (89) mit einem Ultraschallhorn gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

die Vertiefungen (89) derart ausgebildet werden, daß sie sich in und nicht vollständig durch die erste Schicht (83) erstrecken, und daß die unteren Abschnitte (95) der Vertiefungen (89) hydrophob sind, so daß der Fluß der Reagenzien zwischen den Teststellen (84) begrenzt wird.

9. Das Verfahren nach Anspruch 8, worin das Bindematerial Nitrocellulose oder Nylon ist.

10. Das Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, worin der Schritt zum Bilden des Laminats (83, 85) das Kleben der Schicht (83) des Bindematerials an die Schicht (85) des nicht-absorbierenden Substratmaterials umfaßt, indem eine Schicht (87) eines hydrophoben Klebers verwendet wird.

11. Das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8- 10, worin die Schicht (85) des nicht-absorbierenden Substratmaterials ein Polyesterfilm ist.

12. Das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8- 11, worin sich die Isolierungsgräben (99), die die angrenzenden Teststellen (84) umgeben, überlappen.

13. Das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8- 12, das den weiteren Schritt zur gleichzeitigen Ausgabe ausgewählter Fangreagenzien auf ausgewählten Teststellen (84) umfaßt, worin jedes Reagenz als eine separate Lösung ausgegeben wird, und zwar ohne die Kontamination benachbarter Teststellen (84) und in einer Menge, die größer ist als das Absorptionsvolumen des Fangreagenz-Bindematerials der ausgewählten Teststelle (84).