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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen
der vertikalen Position von tassenartigen Reaktionsgefäßen an einem Rotor
in einem Analysegerät
und dadurch zur Ermittlung der tatsächlichen Menge an Flüssigkeit,
die letztlich in solchen Behältern
plaziert wurde.
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Es
ist bekannt, daß in
Analysegeräten
für Flüssigkeiten
das Volumen der Flüssigkeit
in einem Behälter
berechnet wird, indem die Bodenhöhe
eines leeren Behälters
von einer Referenzfläche
aus berechnet wird, der Behälter
befüllt
wird, die Höhe
der Flüssigkeits-Luft-Grenzfläche des
gefüllten
Behälters sensiert
wird, und das Volumen aus den Höhenunterschieden
berechnet wird. So steht es zum Beispiel in US-A-5,443,791, Spalte
8, Zeilen 44-47, gemäß dem Beispiel
wird eine berührungsfreie
Kapazitanzsensierung verwendet. Jedoch wird im genannten Beispiel ein
Endmaß 24 „in einer
Ecke des Arbeitsbereiches", Spalte
9, Zeilen 3-4, als Grundlage für
eine a priori Zuordnung der Bodenhöhe eines leeren Behälters herangezogen.
Die Zeilen 11-14 sagen aus, daß alle Stationen
hinsichtlich der Arbeitsfläche
und des Endmaßes
genau registriert wurden, wodurch die Annahme möglich ist, daß die Bodenhöhe eines
leeren Behälters
niemals variiert.
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In
Systemen, die Rotoren zur Halterung der Behälter benutzen, ist es möglich, daß sich die
oben genannte Annahme als ungültig
herausstellt. Tatsächlich
ist es so, daß es
bei Analysegeräten
mit Rotoren wie die Analysegeräte
in US-A-5,244,633 oder US-A-5,270,210 zu einem umfangreichen vertikalen Auslauf
kommen kann, so daß leicht
die Bodenhöhe eines
leeren Behälters
von Behälter
zu Behälter
variieren kann, auch wenn diese Höhe an einer singulären fixierten
umlaufenden Position, die durch den Rotor übermittelt wird, sensiert wird.
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Demzufolge
kann in diesem Fall das Volumen der Flüssigkeit durch einfaches Sensieren
der Höhe
der Flüssigkeit
nach der Befüllung
des Behälters
nicht sicher bestimmt werden. Derartige Volumina werden bei bestimmten
Untersuchungen wichtig. Dabei handelt es sich um Untersuchungen
mit einem Wasch- und Tränkvorgang,
bei denen ein genaues und kleines Volumen an Waschflüssigkeit
erforderlich ist. Beträgt
der Fehler, der bei diesen Tränkvolumina erlaubt
ist, nur ± 10 μL von 230 μL, so kann
es am vertikalen Auslauf des Rotors leicht zu einem Fehler von bis
zu ± 5 μL kommen.
Dies entspricht 50% des erlaubten Fehlers. Je kleiner das verwendete
Volumen ist, um so kleiner sind die möglichen Fehlervolumina. Die
Verwendung von 50% des erlaubten Fehlerbudgets führt dazu, daß es für andere
Faktoren innerhalb des Analysegerätes zu einer zu kleinen Fehlertoleranz
kommt.
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Das
Problem besteht daher darin, die leere und volle Höhe eines
jeden Behälters
an einem Rotor zu bestimmen, unabhängig von jeglichen fixen Referenzstationen,
die nicht mit dem Rotor in Verbindung stehen. Dieses Problem trat
besonders dann auf, wenn mit kleinen Flüssigkeitsvolumina gearbeitet wurde.
Diese Arbeitsweise wird zur Senkung der allgemeinen Kosten bevorzugt.
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der Erfindung, wird dieses Problem durch ein Verfahren gelöst, mit
dem es möglich
ist, das Volumen der Flüssigkeit
zu bestimmen, die einem tassenartigen Reaktionsgefäß bekannter
Ausmaße
zugeführt
wird; was in Anspruch 1 definiert wird.
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In Übereinstimmung
mit einem anderen Aspekt der Erfindung, wird dieses Problem durch
eine Vorrichtung gelöst,
mit der es möglich
ist, das Volumen der Flüssigkeit
zu bestimmen, die einem tassenartigen Reaktionsgefäß bekannter
Ausmaße
zugeführt
wird; was in Anspruch 3 definiert wird.
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Folglich
besteht eine vorteilhafte Eigenschaft der Erfindung darin, daß das Flüssigkeitsvolumen
eines jeden Behälters
an einem Rotor genauestens bestimmt werden kann, auch wenn es zu
einem unvorhersehbaren vertikalen Auslauf im Rotor kommen sollte.
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Ein
verwandter vorteilhafter Aspekt der Erfindung besteht darin, daß ein Volumen
unabhängig
von der Sonde, die für
die Befüllung
des Volumens verwendet wird, bestimmt werden kann. Diese Eigenschaft
dient zur Überprüfung der
Zuverlässigkeit
der Sonde.
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Am
verständlichsten
ist die Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen. Auf ihnen
ist Folgendes abgebildet:
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1 ist
eine teilweise schematische, fragmentarisch-isometrische Ansicht
des Inkubators eines Analysegerätes,
der nicht Teil der Erfindung ist;
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2 ist
eine fragmentarisch-isometrische Ansicht ähnlich wie 1.
Für eine
detaillierte Darstellung ist sie vergrößert;
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3 ist
eine fragmentarische Aufrissansicht in den Abschnitt eines Rotors,
der nicht Teil der Erfindung ist;
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4 ist
eine fragmentarische Aufrissansicht ähnlich wie 3.
Diese Ansicht gehört
auch nicht zur Erfindung; und
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5 und 6 sind
Ansichten einer Ausführungsform
der Erfindung, ähnlich
der aus 4.
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Die
Erfindung wird in Verbindung mit Analysegeräten beschrieben, die nicht
Teil der Erfindung sind (1 bis 4), in der
das Reaktionsgefäß eine Tasse
ist, der bewegliche Rotor ein Träger
ist, der Luftdruck für
das Sensieren von einer Pumpe produziert wird, und die kritische
Station entlang des Rotors für
die vertikale Höhenbestimmung
eine Tassenwaschstation ist.
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Zusätzlich ist
die Erfindung auch auf andere Reaktionsgefäße als Tassen anwendbar; es
können auch
andere bewegliche Träger
jeglicher Art verwendet werden, die für einen vertikalen Auslauf
anfällig sind;
es können
für den
Luftdruck auch andere Quellen als nur Pumpen verwendet werden (zum
Beispiel eine Quelle mit ständigem
konstanten Druck).
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Wie
bereits erwähnt,
ist die Erfindung dann besonders nützlich, wenn kleine flüssige Tränkvolumina
verwendet werden. „Kleines
Volumen" bedeutet in
diesem Fall nicht mehr als 250 μL.
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1 zeigt
ein Analysegerät,
welches nicht zur Erfindung gehört,
mit einem Inkubator (50), der mindestens einen Rotor (52 oder 54)
verwendet, um darin in Öffnung
(70) die Tassen oder Reaktionsgefäße zu tragen, die von der Ladestation
(14) für
die Küvetten
geliefert werden. Das Analysegerät
wird hinsichtlich des innersten Rotors (54) an oder neben
der Waschsonde (78) genutzt. Dies wird hierin später noch
erläutert.
Die Rotoren (52) und (54) werden von den Getrieben
(66) beziehungsweise (68) um die Achse (55)
herum angetrieben. Verschiedene andere Schritte der Analyse der
Probe im Reaktionsgefäß (C) werden
an anderen Stationen (74), (80) und am Luminometer
(32) ausgeführt.
Detailliertere Ausführungen
dazu finden sich zum Beispiel in US-A-5,244,633.
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Rotor
(54) ist in 2 dargestellt und in US-A-5,456,883
näher beschrieben.
Jeweils paarweise sind eine einzelne Öffnung (70) zum Halten
eines Reaktionsgefäßes und
eine Ablageöffnung
(82) angeordnet, die durch einen schmalen Durchgang (83)
verbunden sind. Jedes Paar der Öffnungen
(70) und (82) ist durch eine allgemein horizontale
obere Fläche
(56) vom angrenzenden Öffnungspaar
getrennt. Der Nutzen dieser Anordnung wird noch genauer erklärt.
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Das
Problem, welches durch die Erfindung gelöst wird, ist der vertikale
Auslauf von Rotor (54), wenn dieser durch Antrieb (68)
gedreht wird. Durch einen derartigen vertikalen Auslauf entstehen
vertikale Abweichungen auf der z-Achse, die als Doppelpfeil (90)
kenntlich gemacht wurden. Dieser vertikale Auslauf kann an bestimmten
entscheidenden Stellen, die sich um den Rotor (54) herum
befinden, kritisch werden. Ein Beispiel dafür ist die Reaktionsgefäßsonde (78).
Wie in 3 gezeigt, wird die sich bereits im Reaktionsgefäß befindliche
Flüssigkeit,
einschließlich
der Patientenprobe, von einer Pumpe (102) angesaugt, nachdem
die Sonde (78) in das Reaktionsgefäß hinab gelassen wurde (Pfeil 104)
wenn ein Reaktionsgefäß (C) unter
der Sonde in Position rotiert wurde (Pfeil 100). Danach
wird mindestens ein Mal Waschwasser von einem Reservoir (106)
aus eingespeist und mit einer finalen Waschung wird in einem groben
Abgabeschritt das Waschwasser auf das höhere Niveau „A" angehoben. In der
Pumpe (102) wird dann eine genaue Anpassung vorgenommen,
um die Flüssigkeit
auf ein bekanntes Niveau „B" abzusaugen. Dadurch
erhält
man ein exaktes Volumen an Tränkflüssigkeit,
zum Beispiel 230 μL,
um die reaktiven Komplexe für
die Inkubationszeit in dem Reaktionsgefäß (C) zu tränken.
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Ein
derart genaues Volumen setzt allerdings einen vertikalen Auslauf
von Null voraus (Pfeil 90). Weil dies jedoch nicht der
Fall ist, wird das Positionieren der äußeren Fläche (110) der Sonde
(78) auf Niveau „B" nicht für ein exakt
vorherbestimmtes Tränkvolumen
sorgen, da die Höhe
des leeren Gefäßes nicht
mehr vorherbestimmt ist.
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Mit
dieser Erfindung wird dieses Problem behoben, indem eine Sensiersonde
und ein Bearbeitungsschritt eingeführt werden, in dem die leere
oder „Leergewichts"-Höhe eines
jeden Reaktionsgefäßes im Rotor
bestimmt wird, während
es in der Öffnung (70)
ist, wenn eine Maschinensetup erfolgt. Ein Maschinensetup wird durchgeführt, wenn
der Rotor an einer kritischen Stelle vorbeirotiert (in diesem Fall
die Reaktionsgefäßwaschstation
(78)). Dies geschieht durch Sensierung einer Referenzfläche des
Reaktionsgefäßes. Diese
Referenzfläche
umfasst entweder die horizontale Fläche (56) direkt neben
einer oder an beiden Seiten eines jeden Reaktionsgefäßes (wie
in 3 gezeigt) oder den Boden des leeren Reaktionsgefäßes (C)
selbst (wie in 4 gezeigt). Diese Fläche stimmt
mit dem Reaktionsgefäß überein.
Die Reaktionsgefäßwaschsonde
(78) ist mit einer Pumpe (120) und einem Wandler
ausgestattet, die über
ein Einwegventil (124) miteinander verbunden sind. Dieses
Ventil erlaubt einen Luftstrom in Richtung des Pfeils (126)
aber verhindert, daß Flüssigkeit
in die Gegenrichtung des Pfeils (126) zurück zur Luftdruckquelle
(120) oder zum Wandler (122) fließt. Wird
die Sonde (78) zur Fläche
(56) hinuntergelassen (Pfeil 79), so überschreitet
der Druckaufbau bei einer bestimmten Minimaldistanz zur Fläche einen
Schwellenwert im Druckwandler (122) und zeigt somit die Anwesenheit
einer Fläche
(56) in einer bekannten Höhe an, die im Computer des
Analysegerätes
dokumentiert ist. Die Abwärtsbewegung
der Sonde (78) stoppt an diesem Punkt. Diese Technik wird
zum Beispiel in US-A-4,794,085 detaillierter ausgeführt, wobei
die erkannte Fläche
eine Flüssigkeit
ist. Wie bereits erwähnt,
kann die Höhe
der Fläche
(56) auf einer der beiden Seiten des Reaktionsgefäßes (C)
genutzt werden oder es kann ein Durchschnittswert von beiden Seiten
angewendet werden. Der Prozess wird anschließend wiederholt, indem der
Rotor (54) solange rotiert wird (Pfeil 100), bis
das nächste
Reaktionsgefäß (C) (nicht
dargestellt) neben der Sonde (78) in Position gebracht
wurde, und der Prozess zur Sensierung der Leergewichtshöhe wiederholt
wird. Dieser Vorgang wird für
alle Reaktionsgefäße in allen Öffnungen
(70) (2) im gesamten Ring des Rotors (54)
durchgeführt,
da die Menge des vertikalen Auslaufs (90) an der Stelle
(78) für
jede dieser Öffnungen (70)
variieren kann. Der Computer registriert selbstverständlich die
Leergewichtshöhe
für jeden
dieser Standorte, um die Tiefe anzupassen, die die Sonde (78)
während
des Tränkvorganges
des Reaktionsgefäßes überwinden
muss, um einen effektiven Standort (B) für die Düsenfläche zu erhalten, der unabhängig vom
vertikalen Auslauf (90), daßelbe Volumen an verbleibender
Tränkflüssigkeit
erzeugt.
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Die
Sonde (78) kann, wie in 4 illustriert, zum
Boden des leeren Reaktionsgefäßes (C)
hinab gelassen werden, um die Referenzfläche des Reaktionsgefäßes zu erfassen,
gemäß der Prozedur,
die oben für 3 beschrieben
wurde.
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5 zeigt
verschiedene Eigenschaften der Erfindung. Zum einen wird zur Bestimmung
der Leergewichtshöhe,
speziell zur Bestimmung des Bodens eines jeden leeren Reaktionsgefäßes, eine
Sensiersonde verwendet, die unabhängig von der Reaktionsgefäßwaschsonde
(78) arbeitet. Teile, die den oben beschriebenen Teilen
entsprechen, tragen dieselben Referenznummern. Zur Unterscheidung
wurde das Suffix „a" angehängt. Diese
Ausführungsform setzt
voraus, daß die
Konfiguration des Analysegerätes
so eingestellt wird, daß genug
Platz vorhanden ist, um die Sensiersonde neben der Reaktionsgefäßwaschsonde
zu betreiben, indem sie in jedes Reaktionsgefäß hinein und wieder hinausbewegt
werden kann.
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Demnach
zeigt 5 den Rotor (54a), der die Gefäße C1, C2, ... Cn an einer kritischen Stelle, vorzugsweise
der Pump- und Waschstation mit der Sonde (78a) für die Reaktionsgefäße, wie
vorher, vorbei trägt.
Jedoch verfügt
die Sonde (78a) nicht über
eine mit der Sonde verbundene Luftdruckquelle oder einen Druckwandler.
Stattdessen sind sie in derselben Art und Weise (nicht dargestellt)
mit einem Sensor (200), der aus einem einfachen Schlauch
besteht, verbunden, wobei die Bewegung des Sensors, wie bei der
Sonde 78a, in vertikaler Richtung (Pfeil 202)
erfolgt. (Vorzugsweise schwenken sowohl die Sonde (78a)
als auch der Sensor (200) von der vertikalen Anordnung
mit dem Rotor (54a) mittels eines konventionellen Mechanismus,
wie zum Beispiel einem Motor (209) oder einer passenden
Verbindung für
den Sensor (200), aus, wenn sie nicht in Benutzung sind.)
Die Luft, die von dem Sensor (200) geliefert wird (Pfeil 204),
reicht aus, um die Leergewichtshöhe
eines leeren Gefäßes zu erkennen,
das unter dem Sensor angebracht ist. Dieser Mechanismus wird für alle Reaktionsgefäße C1, C2, ... Cn während des
Maschinensetups durchlaufen. Dadurch wird der vertikale Auslaufeffekt
für diesen
Teil des Rotors, der dieses bestimmte Reaktionsgefäß unterstützt, im Computer
dokumentiert (zum Beispiel Computer (207)). Durch die unmittelbare
Nähe zur
Sonde (78a) kann jedes Gefäß danach (Pfeil 205),
zum Beispiel zum Zwecke des Waschens, bewegt werden (Pfeil 206).
Gefäß C1 (wie dargestellt) stützt sich auf die Leergewichtshöhe, die
durch den Sensor (200) festgelegt wurde, um ein genaues
Tränkvolumen
zu bestimmen, das durch die Sonde (78a) hinterlassen werden
soll.
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Der
Sensor in 5 kann auch für eine alternative
unabhängige
Nutzung eingesetzt werden. In der Sonde (78a) kann sowohl
seine Luftdruckquelle und der Druckwandler als auch der Sensor (200)
untergebracht werden. Jede Luftdruckquelle und jeder Druckwandler
kann vom jeweils anderen abgetrennt werden oder dieselbe Quelle
oder derselbe Druckwandler kann für beide genutzt werden. In
jedem Fall besteht die Funktion des Sensors (200) darin,
eine unabhängige
Leistungsüberprüfung der
Sonde (78a) bei der Absaugung und der Wiedertränkung eines
jeden Gefäßes zu ermöglichen.
In einem derartigen Fall muss der Sensor (200) nicht zwangsweise
in der Nähe
der Sonde (78a) (nicht dargestellt) in der Peripherie des
Rotors platziert werden. In einer solchen Prozedur bestimmt der
Sensor (200) die Leergewichtshöhe jedes leeren Gefäßes während des
Maschinensetups (siehe 5, Beschreibung oben). Nachdem
die Sonde (78a) abgesaugt hat und das Saugvolumen VS zurückgelassen
hat, wird das entsprechende Reaktionsgefäß (hier C1)
zum Sensor (200) zurückbewegt
(Pfeil 210), der sich dann herabsenkt, um die Höhe der sich
im Reaktionsgefäß befindlichen
Flüssigkeit
zu sensieren, indem er die Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche sensiert
(6). Die ursprünglich
bestimmte Leergewichtshöhe
wird von der gerade sensierten Flüssigkeitshöhe abgezogen, und der Analysecomputer
wandelt die Höhendifferenz
in ein Volumenmaß für Reaktionsgefäß C1 um. Dies setzt voraus, daß die Abmessungen
des Reaktionsgefäßes vorher
bekannt sind und vorab in den Computer eingegeben wurden. Das bestimmte
Volumenmaß wird
dann mit dem „vorgeschriebenen" Volumen verglichen,
das für
das Analysegerät
vorher eingestellt wurde, um sicherzugehen, daß sich das Maß innerhalb
der tolerierten Abweichungen für
dieses vorgeschriebene Volumen bewegt. Ist dies nicht der Fall,
wird ein Fehlerkennzeichen erzeugt, um anzuzeigen, daß die Sonde
(78a) nicht vorschriftsmäßig arbeitet.
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Der
Grund, warum in diesem Fall der Sensor (200) zur Bestimmung
der Flüssigkeitshöhe verwendet
wird anstatt der Sonde (78a), die auch über diese Funktion verfügt, liegt
darin, daß es
nicht üblich
ist, die Funktionsfähigkeit
eines bestimmten Teiles des Analysators (78a) zu überprüfen, indem
man genau diese Teil benutzt.
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In
allen oben beschriebenen Ausführungsformen
berühren
weder die Sonde noch der Sensor jemals die zu ermittelnde Fläche, um
das Risiko der Kontaminierung zu vermeiden.