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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abtrennen magnetischer
Partikel, die in einer Flüssigkeit
suspendiert sind, die in einem Reaktionsgefäß des Typs enthalten ist, der
in einer automatischen Vorrichtung zur Verarbeitung biologischer Proben
verwendet wird, wobei die Verarbeitung das Einbringen einer Probe
und eines oder mehrerer Reagenzien in das Reaktionsgefäß umfasst.
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Magnetische
Partikel werden als feste Phase zum Ausführen von Diagnosetests, beispielsweise Immuntests,
verwendet. Derartige Tests umfassen Schritte, bei denen die magnetischen
Partikel in einer in einem Reaktionsgefäß enthaltenen Flüssigkeit suspendiert
sind. Bei anderen Schritten ist es notwendig, die magnetischen Partikel
von der im Reaktionsgefäß enthaltenen
Flüssigkeit
abzutrennen. Bei bekannten Vorrichtungen erfolgt dies gewöhnlich durch
Anziehen der magnetischen Partikel zu den Wänden des Reaktionsgefäßes mittels
Magneten, die in der Nähe
der Außenwand
des Reaktionsgefäßes positioniert
sind, und durch Entnehmen der Flüssigkeit
aus dem Reaktionsgefäß durch
geeignete Mittel. Dieser Abtrennungsschritt wird gewöhnlich von einem
so genannten Auswaschungsschritt gefolgt, bei dem die Magneten zurückgezogen
werden, um die magnetische Kraft zu beseitigen, die die magnetischen
Partikel während
des vorausgehenden Abtrennungsschritts an der Innenwand des Reaktionsgefäßes hielt,
und es wird frische Flüssigkeit
in das Reaktionsgefäß auf eine
Weise pipettiert, die geeignet ist, eine erneute Suspension der
magnetischen Partikel in der im Reaktionsgefäß enthaltenen Flüssigkeit
zu bewirken.
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Ein
Nachteil bekannter Vorrichtungen zum Ausführen des oben beschriebenen
Abtrennungsschritts liegt darin, dass die relative Bewegung des Magneten
oder der Magneten in Bezug auf das Reaktionsgefäß eine Translationsbewegung
ist, was den Nachteil hat, dass die auf die magnetischen Partikel
ausgeübte
magnetische Kraft nicht schnell beseitigt werden kann, wodurch eine
unerwünschte Verzögerung des
Schritts der erneuten Suspension entsteht. Gemäß
WO-A-96/31781 kann dieser
letztgenannte Nachteil überwunden
werden, indem der Magnet oder die Magneten entlang eines kreisförmigen Wegs
bewegt wird bzw. werden.
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Bei
bekannten Vorrichtungen zum Ausführen des
oben beschriebenen Abtrennungsschritts ist bzw. sind der verwendete
Magnet oder die verwendeten Magneten daher stets an der gleichen
Position positioniert. Dies hat den Nachteil, dass der Abtrennungsschritt
nur für
einen beschränkten
Variationsbereich der Menge der im Reaktionsgefäß enthaltenen Reaktionslösung ordnungsgemäß und ausreichend
schnell ausgeführt
wird. Außerhalb
dieses beschränkten
Bereichs ist der Abtrennungsschritt zu langsam und nicht vollständig ordnungsgemäß.
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DE-A-44 29 155 offenbart
eine Vorrichtung gemäß der Präambel von
Anspruch 1.
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DE-A-44 29 155 offenbart
ein Messsystem zum Ausführen
luminometrischer Reihenanalysen an zu untersuchenden Reaktionskomponenten
und an den Flüssigkeitsproben
12,
die magnetisierbare Trägerpartikel
enthalten, die die Komponenten binden. Die Proben werden in Küvetteneinheiten
einer Mehrfachküvette
auf einer Fördervorrichtung
zu einer Messstation transportiert, bei der die zu bestimmende Konzentration
der Target-Substanz durch eine Lumineszenzmessung bestimmt wird.
Um überschüssige Reaktionskomponenten,
die die Messung verfälschen
würden,
zu entfernen, werden Mehrfachküvetten
an einer Mehrzahl rotierender Permanentmagneten vorbei transportiert.
Die keulenförmigen
Magnetfelder dieser Magneten durchdringen Küvetteneinheiten sequenziell
und von gegenüber
liegenden Wandbereichen her. Im Ergebnis werden die Trägerpartikel
entlang spiralförmiger
Wege durch die Probenflüssigkeit
befördert
und als Pellets konzentriert. Die von den Trägerpartikeln abgetrennten überschüssigen Reaktionskomponenten
können
dann in einem Spül-
und Ansaugprozess entfernt werden.
DE-A-44
29 155 beschreibt insbesondere eine Ausführungsform,
bei der jeder Permanentmagnet ein doppelter Magnet ist, der aus
zwei Stabmagneten besteht, die vorzugsweise zylindrisch sowie mit
entgegengesetzten Polaritäten
parallel zueinander angeordnet sind, wobei die doppelten Magneten
mittels eines Rotationsantriebs um eine Rotationsachse rotationsfähig sind,
die sich parallel zu der magnetischen Achse der Magneten und senkrecht
zum Transportweg der Fördervorrichtung
erstreckt. Im Ergebnis durchdringen die durch die rotierenden Magneten
erzeugten Magnetfelder die Küvetteneinheiten
in Form einer Keule, wobei sich unter ihrem Einfluss die Trägerpartikel
entlang langer spiralförmiger
Wege bewegen und sich punktweise als Pellets an den Küvettenwänden ansammeln
können.
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WO-A-93/08919 beschreibt
eine Vorrichtung zum Entfernen magnetischer Partikel aus einer in
einem Behälter
enthaltenen Flüssigkeit,
in dem die freie Oberfläche
der Flüssigkeit
auf konstanter Höhe gehalten
wird. Diese Vorrichtung umfasst eine Scheibe, die rotatorisch antreibbar
ist und auf der eine Anordnung von Permanentmagneten angeordnet
ist. Die Scheibe ist mit einer Rotationswelle verbunden, die sich
entlang der Rotationsachse der Scheibe erstreckt und durch einen
Motor angetrieben wird. Die Rotationswelle liegt oberhalb der freien
Oberfläche der
Flüssigkeit
im Behälter.
Die Magneten der Anordnung sind auf der Scheibe in konzentrischen
Kreisen angeordnet. Die Magneten auf jedem Kreis sind in gleichmäßigen Winkeln
entlang des Kreises beabstandet, so dass bei gleichem Radius mehrere
Magneten in unterschiedlichen Abständen vom Zentrum der Scheibe
angeordnet sind. Die Scheibe mit der Anordnung von Magneten ist
in der Nähe
des Behälters
positioniert. Die durch die Magneten der rotierenden Anordnung von
Magneten erzeugten magnetische Kräfte ziehen die magnetischen
Partikel aus der Flüssigkeit
und aus dem Behälter
heraus und scheiden sie an den Magneten außerhalb des Behälters ab,
wonach sie von diesen durch ein in der Nähe der Scheibe positioniertes
Abstreifbauteil entfernt werden.
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EP-A-691541 offenbart
eine Vorrichtung, bei der ein einzelner Permanentmagnet in der Nähe eines
Gefäßes positioniert
ist, das eine vertikale Längsachse
hat und eine Flüssigkeit
enthält,
in der magnetische Partikel suspendiert sind. Gemäß
EP-A-691541 umfasst
die Vorrichtung eine Pipettierspitze, eine mit der Spitze verbundene
Pumpe, einen Magneten und eine Vorrichtung zum Bewegen der Pipettierspitze
zu dem Magneten und weg von ihm oder eine Vorrichtung zum Bewegen
des Magneten zu der Pipettierspitze und weg von ihr. Gemäß
EP-A-691541 sind
die Pipettierspitze, der Magnet und die Vorrichtung zum Bewegen
der Pipettierspitze und des Magneten relativ zueinander dergestalt
konfiguriert, dass die Pipettierspitze und der Magnet relativ zueinander
in Richtung der vertikalen Längsachse
der Pipettierspitze aus einer ersten Position, bei der der Magnet
einer oberen Höhe
der Flüssigkeit
in der Pipettierspitze sehr nahe ist, zu einer zweiten Position
beweglich sind, bei der der Magnet der Pipettierspitze sehr nahe
ist. Gemäß
EP-A-691541 wird eine
erneute Suspension abgetrennter magnetischer Mikropartikel entweder
dadurch erzielt, dass der Magnet stationär gehalten wird und die Pipettierspitze um
ihre vertikale Längsachse
gedreht wird, oder dadurch, dass der Magnet um die Pipettierspitze
bewegt wird, wobei der Magnet auf einer rotationsfähigen Halterung
befestigt ist, die den Magneten um die Längsachse der Pipettierspitze
dreht.
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US-A-5770461 offenbart
Anordnungen, bei denen ein rotationsfähiger einzelner Permanentmagnet
in der Nähe
eines Gefäßes positioniert
ist, das eine vertikale Längsachse
hat und das eine Flüssigkeit
enthält,
in der magnetische Partikel suspendiert sind. In einer ersten, in
US-A-5770461 beschriebenen
Ausführungsform
(
8) liegt die magnetische Achse des
Permanentmagneten parallel zur vertikalen Längsachse des Gefäßes und
liegt die Rotationsachse des Permanentmagneten senkrecht zur vertikalen
Längsachse
des Gefäßes. In
einer zweiten, in
US-A-5770461 beschriebenen
Ausführungsform (
9) liegt die magnetische Achse des Permanentmagneten
senkrecht zur vertikalen Längsachse
des Gefäßes und
liegt die Rotationsachse des Permanentmagneten parallel zur vertikalen
Längsachse des
Gefäßes.
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WO-A-96/26011 beschreibt
Anordnungen, bei denen eine Baugruppe magnetischer Elemente, die
an einer rotationsfähigen
Halterung befestigt sind, in der Nähe eines Gefäßes positioniert
ist, das eine vertikale Längsachse
hat und eine Flüssigkeit enthält, in der
magnetische Partikel suspendiert sind. Die rotationsfähige Halterung
hat eine Rotationsachse, die parallel zur vertikalen Längsachse
des Gefäßes liegt.
Wenn die rotationsfähige
Halterung gedreht wird, umrundet die Baugruppe magnetischer Elemente
das Reaktionsgefäß.
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Ein
wesentlicher Zweck der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung
des in der Präambel
dieser Beschreibung angegebenen Typs bereitzustellen, wobei die
Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die oben erwähnten Nachteile von Vorrichtungen
nach dem Stand der Technik zu überwinden.
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Ein
weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung des
in der Präambel
angegebenen Typs bereitzustellen, die außerdem geeignet ist, nicht
nur den oben beschriebenen Abtrennungsschritt, sondern auch den
Auswaschungsschritt auszuführen.
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Erfindungsgemäß werden
die oben erwähnten
Zwecke mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht. Bevorzugte
Ausführungsformen
sind durch die Ansprüche
2 bis 6 definiert.
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Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem
Stand der Technik besteht darin, dass sie es ermöglicht, eine schnelle Abtrennung
magnetischer Partikel zu erzielen, die in einer in einem Reaktionsgefäß enthaltenen
Reaktionslösung
als Suspension enthalten sind. Diese schnelle Abtrennung wird durch
schnelles Positionieren von Magneten in der Nähe des Reaktionsgefäßes und
bei einer Mehrzahl von ausgewählten
Höhen in Bezug
auf den Boden des Reaktionsgefäßes erzielt, wobei
die Höhe,
bei der ein Magnet zu einem gegebenen Zeitpunkt positioniert wird,
entsprechend einem im Reaktions gefäß auszuführenden Verarbeitungsschritt
und/oder entsprechend der Menge von im Reaktionsgefäß enthaltener
Reaktionslösung
ausgewählt
wird. Dies ermöglicht
eine optimale Anpassung an den Schritt der Abtrennung magnetischer Partikel
an den im Reaktionsgefäß ausgeführten Verarbeitungsschritt.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
dass sie außerdem
während
eines Abtrennungsschritts ein schnelles Entfernen von Magneten ermöglicht,
die in der Nähe
des Reaktionsgefäßes positioniert
sind. Dieses schnelle Entfernen ermöglicht es, das Zeitintervall
zu verringern, das erforderlich ist, um eine erneute Suspension
der magnetischen Partikel in der im Reaktionsgefäß enthaltenen Flüssigkeit
zu erzielen.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
dass die kombinierte Wirkung von Magneten, die an gegenüber liegenden Seiten
eines Reaktionsgefäßes positioniert
sind, es ermöglicht,
eine besonders schnelle Abtrennung magnetischer Partikel zu erzielen,
die in einer in einem Reaktionsgefäß enthaltenen Reaktionslösung als Suspension
enthalten sind, und dass eine derartige schnelle Abtrennung auch
dann erzielt wird, wenn die Weite dieses Gefäßes oberhalb des Mittelwerts
liegt.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
dass sie es ermöglicht,
einen Auswaschungsschritt auszuführen,
der in einem Auswaschen der magnetischen Partikel besteht, die in
einer in einem Reaktionsgefäß enthaltenen
Flüssigkeit,
z. B. Wasser, suspendiert sind, indem ein Magnet oder eine Anordnung
magnetischer Elemente alternativ entweder an einer Seite des Gefäßes oder an
der gegenüber
liegenden Seite des Gefäßes positioniert
wird, wodurch eine Migration der magnetischen Partikel durch die
Flüssigkeit
von einer Seite des Gefäßes zu dessen
gegenüber
liegenden Seite hervorgerufen wird, wobei die Richtung dieser Migration
dadurch umgekehrt wird, dass die Seite gewechselt wird, an der ein
Magnet in der Nähe
des Gefäßes positioniert
ist.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes der magnetischen Elemente
der Anordnung oder der Anordnungen magnetischer Elemente einen oder
mehrere Magneten umfasst, die auf dem Träger der Anordnung die gleiche Breite
und die gleiche Azimutposition haben.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse des Trägers bzw.
jedes der Träger
die Längsachse
des Reaktionsgefäßes an einem
Punkt schneidet, der sich unterhalb des Bodens des Reaktionsgefäßes befindet.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst einen ersten und einen zweiten rotationsfähigen Träger und
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Träger eine gemeinsame Rotationsachse
haben.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum selektiven Positionieren
des Trägers
oder der Träger
geeignet sind, den Träger
oder die Träger
an vorbestimmten Winkelpositionen zu positionieren, die entsprechend
einem in diesem Reaktionsgefäß auszuführenden
Verarbeitungsschritt und/oder entsprechend der Menge von Flüssigkeit
in dem Reaktionsgefäß gewählt sind.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, das die Mehrzahl von vorbestimmten Winkelpositionen
eine Position umfasst, bei der kein magnetisches Element der Anordnung
oder der Anordnungen magnetischer Elemente in der Nähe irgendeiner äußeren Oberfläche des
Reaktionsgefäßes lokalisiert
ist.
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Beispiele
für Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben,
in der:
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1 eine
schematische Vorderansicht eines Beispiels für eine Vorrichtung ähnlich derjenigen der
Erfindung ist;
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2 eine
Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1 ist;
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3 eine
Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 1 ist;
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4 eine
Vorderansicht einer ersten Ausführungsform
einer Anordnung magnetischer Elemente ist, die von dem Träger 12 in 1 getragen werden;
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5 eine
Vorderansicht eines zweiten Beispiels für eine Anordnung magnetischer
Elemente ist, die von dem Träger 12 in 1 getragen
werden;
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6 eine
Einzelteildarstellung von Magnetanordnungsträgern einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist, die als eine erste Ausführungsform
beschrieben wird;
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7a eine
Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, die
als eine zweite Ausführungsform
beschrieben wird;
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7b eine
Seitenansicht einschließlich
eines Querschnitts durch Ebenen zeigt, die durch Linien A-A der
Vorrichtung gemäß 7a bezeichnet sind,
und außerdem
ein Reaktionsgefäß 13 zeigt;
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8a und 8b usw.
bis 21a und 21b die
Träger
von Anordnungen magnetischer Elemente zeigen, die durch 7a und 7b in
einer Mehrzahl von Winkelpositionen dargestellt werden, und auch
unterschiedliche im Reaktionsgefäß 13 ausgeführte Verarbeitungsschritte
veranschaulichen.
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Im
Folgenden werden mehrere Ausführungsformen
von Vorrichtungen beschrieben. Diese Ausführungsformen umfassen jeweils
zwei rotationsfähige
Träger
von Magnetanordnungen.
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Erstes Beispiel
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Ein
Beispiel für
eine Vorrichtung ähnlich
derjenigen der Erfindung ist mittels 1 bis 4 gezeigt
und wird im Folgenden als ein von der Erfindung nicht abgedecktes
Beispiel beschrieben. Diese Figuren zeigen eine Vorrichtung zum
Abtrennen magnetischer Partikel, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind,
die in einem Reaktionsgefäß 13 des
Typs enthalten ist, der bei einer automatischen Vorrichtung zur
Verarbeitung biologischer Proben verwendet wird. Eine derartige
Verarbeitung umfasst das Einbringen einer Probe und eines oder mehrerer
Reagenzien in das Reaktionsgefäß 13.
Die mittels 1 bis 4 gezeigte
Vorrichtung umfasst einen ersten Träger 11, der eine erste
Anordnung magnetischer Elemente 14–19 hält. Der
Träger 11 ist
um eine Rotationsachse 51 rotationsfähig.
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Wie
mittels 1 gezeigt ist, umfasst die erste
Anordnung magnetischer Elemente 14–19 ein erstes magnetisches
Element 14 und mindestens ein zweites magnetisches Element 15.
Diese magnetischen Elemente sind an dem Träger 11 bei unterschiedlichen
Abständen
von der Rotationsachse 51 positioniert. Einige der magnetischen
Elemente 14–19,
z. B. die magnetischen Elemente 18 und 19, liegen
beim gleichen Radius, und einige der magnetischen Elemente der Anordnung,
z. B. das magnetische Element 14 und das magnetische Element 15, liegen
bei Radien, die bei unterschiedlichen Azimutwinkeln lokalisiert
sind.
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Der
Träger 11 und
die Anordnung magnetischer Elemente 14–19 sind daher so
konfiguriert und dimensioniert, dass durch Rotation des Trägers 11 eines
oder mehrere der magnetischen Elemente der ersten Anordnung der
magnetischen Elemente 14–19 in der Nähe der äußeren Oberfläche der
Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 an
einer Seite von diesem positioniert werden kann bzw. können.
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Die
Vorrichtung umfasst ferner einen Motor und mechanische Übertragungsmittel,
die durch geeignete Steuerungsmittel gesteuert werden, um den Träger 11 sowie
dadurch die Anordnung magnetischer Elemente 14–19 bei
einer Mehrzahl von vorbestimmten Winkelpositionen in Bezug auf das
Reaktionsgefäß 13 zu
drehen und selektiv zu positionieren.
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Die
Vorrichtung umfasst ferner einen zweiten Träger 12, der eine mittels 4 gezeigte
zweite Anordnung magnetischer Elemente 24–29 hält. Der
Träger 12 ist
um eine Rotationsachse 52 rotationsfähig.
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Die
obige Beschreibung des Trägers 11 und der
Anordnung magnetischer Elemente 14–19 gilt auch für den Träger 12 und
für die
Anordnung magnetischer Elemente 24–29, da beide Anordnungen magnetischer
Elemente in Bezug auf die längs
verlaufende Symmetrieachse des Reaktionsgefäßes symmetrisch angeordnet
sind, so dass für
jede Winkelposition der Träger 11, 12 identisch
konfigurierte magnetische Elemente oder Anordnungen magnetischer
Elemente an gegenüber
liegenden Seiten des Reaktionsgefäßes 13 positioniert
sind.
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Die
Träger 11, 12 sind
so miteinander verbunden, dass eine Rotation eines der Träger um einen
vorbestimmten Winkel eine Rotation des anderen Trägers um
den gleichen Winkel bewirkt.
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Jedes
der magnetischen Elemente der Anordnungen magnetischer Elemente 14–19 oder 24–29 umfasst
einen oder mehr Magneten, die auf dem Träger der Anordnung vorzugsweise
die gleiche Breite und die gleiche Azimutposition haben.
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Die
Rotationsachse 51 des Trägers 11 und die Rotationsachse 52 des
Trägers 12 schneiden
die Längsachse
des Reaktionsgefäßes 13 in
einem Punkt, der sich unterhalb des Bodens des Reaktionsgefäßes 13 befindet.
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In
dem mittels 1 bis 4 gezeigten Beispiel
bilden die Rotationsachsen 51, 52 der Träger 11, 12 einen
Winkel, der im Bereich zwischen 5 und 10 Grad liegt. Dies ist bevorzugt,
wenn das Reaktionsgefäß 13 Teil
einer Verarbeitungseinheit mit einer Konfiguration ist, durch die
sie dazu geeignet ist, einen derartigen Winkel zwischen den Rotationsachsen 51, 52 zu
haben. Für
die Vorrichtung der Erfindung haben die Träger 62, 63 eine
gemeinsame Rotationsachse.
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Zweites Beispiel
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Ein
zweites Beispiel für
eine Vorrichtung wird im Folgenden mit Bezug auf 5 als
ein von der Erfindung nicht abgedecktes Beispiel beschrieben. Dieses
zweite Beispiel ähnelt
dem unter Bezug auf 1 bis 4 beschriebenen,
unterscheidet sich von diesem jedoch dadurch, dass es einen oder
zwei Träger
aufweist, wobei auf jedem von diesen eine Anordnung von Magneten
befestigt ist, die sich von den unter Bezug auf 1–4 beschriebenen
Anordnungen von Magneten unterscheidet. Eine bevorzugte Anordnung
von Magneten für
dieses zweite Beispiel für
die Vorrichtung ist eine auf einem Träger 31 befestigte
Anordnung von Magneten 32–39, wie in 5 gezeigt
ist.
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Erste Ausführungsform
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Ein
erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfasst Magnetanordnungen, die mittels 6 gezeigt
sind. Die mittels dieser Figur dargestellte Einzelteildarstellung
zeigt einen ersten Träger 42,
der eine Anordnung magnetischer Elemente 54, 55, 56 trägt, und
einen zweiten Träger 43, der
eine Anordnung magnetischer Elemente 57, 58, 59 trägt. Die
Träger 42, 43 sind
mittels Kopplungselementen 44, 45, eines Rings 47 und
einer Scheibe 48 miteinander sowie mit einem Antriebsrad 49 verbunden.
Das Kopplungselement 45 umfasst eine Welle 46,
die von dem Antriebsrad 49 angetrieben wird. Das Antriebsrad 49 ist
mit einem Motor und mit geeigneten Steuerungsmitteln verbunden,
die in 6 nicht gezeigt sind. Mithilfe eines derartigen
Motors und derartiger Steuerungsmittel können die Träger 42, 43 zu
einer Mehrzahl von Winkelpositionen gedreht werden, um magnetische
Elemente an dem Träger 42 und/oder
dem Träger 43 in
der Nähe
der äußeren Oberfläche der
Seitenwand eines Reaktionsgefäßes zu positionieren,
das zwischen den Trägern 42, 43 positioniert
ist. Der Hauptunterschied zwischen dieser dritten Ausführungsform
sowie der ersten und der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben
wurden, besteht darin, dass bei dieser dritten Ausführungsform
magnetische Elemente an einigen Winkelpositionen asymmetrisch in
Bezug auf das Reaktionsgefäß positioniert
sein können.
Dies ermöglicht
es, über
Winkelpositionen zu verfügen, bei
denen ein magnetisches Element nur an einer Seite des Reaktionsgefäßes positioniert
ist, sowie über
andere Winkelpositionen, bei denen magnetische Elemente an gegenüber liegenden
Seiten des Reaktionsgefäßes positioniert
sind, sowie auch über Winkelpositionen,
bei denen kein magnetisches Element in der Nähe der äußeren Oberfläche der
Seitenwand des Reaktionsgefäßes positioniert
ist.
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Zweite Ausführungsform
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Ein
erfindungsgemäße Vorrichtung
wird im Folgenden mit Bezug auf 7a, 7b, 8a, 8b usw.
bis 20a, 20b als
eine zweite Ausführungsform
beschrieben.
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7a zeigt
eine Vorderansicht von Trägern 62, 63,
die Magnetanordnungen 71–75 bzw. 81–85 tragen. 7b zeigt
eine Seitenansicht einschließlich
eines Querschnitts durch Ebenen, die durch Linien A-A der Vorrichtung
gemäß 7a bezeichnet sind,
und zeigt außerdem
ein zwischen den Trägern 62, 63 positioniertes
Reaktionsgefäß 13.
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Die
Träger 62, 63 sind
mit einer Welle 64 verbunden, die durch Lager 66, 67 unterstützt ist.
Ein Kopplungselement 65 verbindet die Träger 62 und 63 miteinander.
Die Welle 64 ist mit dem Motor und mit mechanischen Übertragungsmitteln
verbunden (nicht gezeigt), die durch geeignete Steuerungsmittel
gesteuert werden, um die Träger 62, 63 und
dadurch die an ihnen befestigten Anordnungen magnetischer Elemente
bei einer Mehrzahl von vorbestimmten Winkelpositionen in Bezug auf
das Reaktionsgefäß 13,
das zwischen den Trägern 62, 63 positioniert
ist, zu drehen und selektiv zu positionieren.
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7a, 7b und
die ihnen folgenden Figuren zeigen verschiedene Winkelpositionen
der Träger 62, 63 und
dadurch verschiedene entsprechende Winkelpositionen der darauf befestigten
Magnetanordnungen in Bezug auf ein Reaktionsgefäß 13, das an einer
vorbestimmten stationären
Position zwischen den Trägern 62, 63 lokalisiert
ist. 7a, 7b und die ihnen folgenden Figuren
veranschaulichen außerdem
verschiedene Verarbeitungsschritte, die in Bezug auf die Inhalte
des Reaktionsgefäßes 13 ausgeführt werden.
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Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
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Im
Folgenden wird eine derartige Verwendung zum Ausführen eines
Verfahrens beschrieben, mit dem eine Nukleinsäure mithilfe der vierten Ausführungsform
einer oben in Bezug auf 7a und 7b beschriebenen
erfindungsgemäßen Vorrichtung
von biologischem Zellmaterial isoliert wird. Ein derartiges Verfahren
umfasst die nachfolgenden Schritte, die jeweils durch die in Klammern
angegebenen Figuren veranschaulicht werden:
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Schritt 1: Abtrennung magnetischer Partikel
(7a, 7b)
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In
diesem Schritt haben die Träger 62 und 63 die
mittels 7a gezeigte Winkelposition (Pos.
1). 7b zeigt einen Querschnitt längs A-A in 7a. Wie
mittels 7b gezeigt ist, enthält das Reaktionsgefäß 13 ein
vorbestimmtes Volumen, beispielsweise 2,7 ml, einer Lysierungs-Suspension 91,
die zu lysierendes biologisches Zellmaterial und magnetische Partikel
enthält,
die bei einem Verfahren zum Isolieren von in dem Zellmaterial enthaltener
Nukleinsäure als
feste Phase verwendet werden. Magneten 71 und 81,
die an gegenüber
liegenden Seiten und in der Nähe
der äußeren Oberfläche der
Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 lokalisiert
sind, ziehen in der Lysierungs-Suspension 91 enthaltene
magnetische Partikel zur inneren Oberfläche der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 hin
an. Auf diese Weise werden die magnetischen Partikel zu Schichten
gruppiert, die an gegenüber
liegenden Seiten 92, 93 der inneren Oberfläche der
Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 abgeschieden
werden.
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Schritt 2: Ansaugen von Lysierungs-Suspension (8a, 8b)
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Wie
mittels 8a gezeigt ist, haben die Träger 62 und 63 in
diesem Schritt die gleiche Winkelposition (Pos. 1) wie im Schritt
1. 8b zeigt einen Querschnitt längs A-A in 8a.
In diesem Schritt 2 wird Lysierungs-Suspension 91 aus dem
Reaktionsgefäß 13 beispielsweise
mithilfe eines automatischen Pipettierers angesaugt, und wie mittels 8b gezeigt
ist, bleibt an jeder der gegenüber
liegenden Seiten 92, 93 der inneren Oberfläche der
Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 eine
Schicht magnetischer Partikel durch die Wirkung einer magnetischen
Kraft gehalten, die durch Magneten 71 und 81 auf
diese Partikel ausgeübt
wird.
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Schritt 3: Verteilen eines ersten Auswaschungspuffers
(9a, 9b)
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Wie
mittels 9a gezeigt ist, haben die Träger 62 und 63 in
diesem Schritt die gleiche Winkelposition (Pos. 1) wie in den Schritten
1 und 2. 9b zeigt einen Querschnitt längs A-A
in 9a. Ein vorbestimmtes Volumen, beispielsweise
2,8 ml, eines ersten Auswaschungspuffers 94 wird in das
Reaktionsgefäß 13 eingebracht,
und wie mittels 9b gezeigt ist, bleiben an der
inneren Oberfläche
der Seiten 92, 93 der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 Schichten
magnetischer Partikel infolge einer magnetischen Kraft gehalten,
die durch Magneten 71 und 81 auf diese Partikel
ausgeübt
wird.
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Schritt 4a: Auswaschen magnetischer Partikel (10a, 10b)
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In
diesem Schritt haben die Träger 62 und 63 die
Winkelposition (Pos. 3), die mittels 10a gezeigt
ist. 10b zeigt einen Querschnitt
längs C-C in 10a. Wie mittels 10b gezeigt
ist, halten in diesem Schritt 4a Magneten 72, 73,
die an dem Träger 62 befestigt
und in der Nähe
der äußeren Oberfläche der
Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 lokalisiert
sind, die magnetischen Partikel, die an der Seite 92 der
inneren Oberfläche
der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 lokalisiert
sind, und ziehen die Schicht magnetischer Partikel an, die an der
gegenüber
liegenden Seite der inneren Oberfläche der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 lokalisiert
sind. Dadurch werden die letztgenannten Partikel durch den Auswaschungspuffer 94 bewegt
und treffen auf die magnetischen Partikel der Schicht, die an der
gegenüber
liegenden Seite 92 der inneren Oberfläche der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 liegt.
Auf diese Weise werden die magnetischen Partikel der Schicht, die
von der Seite 93 zu der gegenüber liegenden Seite 92 bewegt
werden, mittels des Auswaschungspuffers 94 ausgewaschen.
Am Ende dieses Schritts 4a sind sämtliche magnetischen Partikel
zu einer Schicht an der Seite 92 der inneren Oberfläche der
Seitenwand des Reaktionsgefäßes in einem
Bereich in der Nähe
der Magneten 72, 73 gruppiert.
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Schritt 4b: Auswaschen magnetischer Partikel (11a, 11b)
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In
diesem Schritt haben die Träger 62 und 63 die
Winkelposition (Pos. 4), die mittels 11a gezeigt
ist. 11 b zeigt einen Querschnitt
längs D-D in 11a. Wie mittels 11 b
gezeigt ist, bewegen in diesem Schritt 4b Magneten 82, 83,
die am Träger 63 befestigt
und in der Nähe
der äußeren Oberfläche der
Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 lokalisiert sind,
die magnetischen Partikel von der Seite 92 der inneren
Oberfläche
der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 zu
der gegenüber
liegenden Seite 93 der inneren Oberfläche der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13.
Die magnetischen Partikel werden durch den ersten Auswaschungspuffer 94 bewegt
und werden dadurch mittels dieses Auswaschungspuffers ausgewaschen.
Am Ende dieses Schritts 4b sind sämtliche magnetischen Partikel
zu einer Schicht an der Seite 93 der inneren Oberfläche der
Seitenwand des Reaktionsgefäßes in einem
Bereich in der Nähe der
Magneten 82, 83 gruppiert.
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Die
Schritte 4a und 4b werden beispielsweise 3 Mal wiederholt.
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Schritt 5: Abtrennung magnetischer Partikel
zur unteren Ebene (12a, 12b)
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In
diesem Schritt haben die Träger 62 und 63 die
Winkelposition (Pos. 5), die mittels 12a gezeigt
ist. 12b zeigt einen Querschnitt
längs E-E in 12a. Wie mittels 12b gezeigt
ist, bewegt in diesem Schritt 5 ein Magnet 74, der am Träger 62 befestigt
und in der Nähe
des unteren Teils der äußeren Oberfläche der
Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 lokalisiert
ist, die magnetischen Partikel von der Seite 93 der inneren
Oberfläche
der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 zu
dem unteren Teil der gegenüber
liegenden Seite 92 der inneren Oberfläche der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13.
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Schritt 6: Ansaugen von Auswaschungspuffer (13a, 13b)
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Wie
mittels 13a gezeigt, haben die Träger 62 und 63 in
diesem Schritt die gleiche Winkelposition (Pos. 5) wie im Schritt
5. 13b zeigt einen Querschnitt längs E-E in 13a. In diesem Schritt 6 wird der erste Auswaschungspuffer 94 aus
dem Reaktionsgefäß 13 beispielsweise
mithilfe eines automatischen Pipettierers angesaugt, und wie mittels 13b gezeigt ist, bleibt an dem unteren Teil der Seite 92 der
inneren Oberfläche
der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 eine
Schicht 95 magnetischer Partikel durch die Wirkung einer
magnetischen Kraft gehalten, die auf diese Partikel durch den am
Träger 62 befestigten
Magneten 74 ausgeübt
wird.
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Schritt 7: Verteilen von Auswaschungspuffer (14a, 14b)
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Wie
mittels 14a gezeigt ist, haben die Träger 62 und 63 in
diesem Schritt gleiche Winkelposition (Pos. 5) wie in den Schritten
5 und 6. 14b zeigt einen Querschnitt
längs E-E
in 14a. In diesem Schritt 7 wird ein vorbestimmtes
Volumen, beispielsweise 1 ml, eines zweiten Auswaschungspuffers 96 in
das Reaktionsgefäß 13 eingebracht,
und wie mittels 14b gezeigt ist, bleibt an der
inneren Oberfläche
der Seite 92 der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 eine
Schicht 95 magnetischer Partikel infolge einer magnetischen
Kraft gehalten, die auf diese Partikel durch den am Träger 62 befestigten Magneten 74 ausgeübt wird.
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Schritt 8a: Auswaschen magnetischer Partikel (15a, 15b)
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In
diesem Schritt haben die Träger 62 und 63 die
Winkelposition (Pos. 5), die mittels 15a gezeigt
ist. 15b zeigt einen Querschnitt
längs E-E in 15a. Wie mittels 15b gezeigt
ist, hält
in diesem Schritt 8a der Magnet 74, der am Träger 62 befestigt
und in der Nähe
der äußeren Oberfläche der Seitenwand
des Reaktionsgefäßes 13 lokalisiert
ist, die magnetischen Partikel, die am unteren Teil der Seite 92 der
inneren Oberfläche
der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 lokalisiert
sind. Am Ende dieses Schritts 8a sind sämtliche magnetischen Partikel zu
einer Schicht an der Seite 92 der inneren Oberfläche der
Seitenwand des Reaktionsgefäßes in einem Bereich
in der Nähe
der Magneten 72, 73 gruppiert.
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Schritt 8b: Auswaschen magnetischer Partikel (16a, 16b)
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In
diesem Schritt haben die Träger 62 und 63 die
Winkelposition (Pos. 6), die mittels 16a gezeigt
ist. 16b zeigt einen Querschnitt
längs F-F
in 16a. Wie mittels 16b gezeigt,
bewegen in diesem Schritt 8b Magneten 84, 85,
die am Träger 63 befestigt
und in der Nähe
der äußeren Oberfläche der Seitenwand
des Reaktionsgefäßes 13 lokalisiert sind,
die magnetischen Partikel von dem unteren Teil der Seite 92 zu
dem unteren Teil der gegenüber
liegenden Seite 93 der inneren Oberfläche der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13.
Die magnetischen Partikel werden durch den Auswaschungspuffer 96 bewegt
und werden dadurch mittels dieses Auswaschungspuffers ausgewaschen.
Am Ende dieses Schritts 8b sind sämtliche magnetischen Partikel
zu einer Schicht an dem unteren Teil der Seite 93 der inneren
Oberfläche
der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 in
einem Bereich in der Nähe
der Magneten 84, 85 gruppiert.
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Die
Schritte 8a und 8b werden beispielsweise 3 Mal wiederholt.
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Schritt 9: Abtrennung magnetischer Partikel
zur unteren Ebene (17a, 17b)
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In
diesem Schritt haben die Träger 62 und 63 die
Winkelposition (Pos. 7), die mittels 17a gezeigt. 17b zeigt einen Querschnitt längs G-G in 17a. Wie mittels 17b gezeigt
ist, bewegt in diesem Schritt 9 ein Magnet 75, der am Träger 62 befestigt
und in der Nähe
der äußeren Oberfläche der Seitenwand
des Reaktionsgefäßes 13 lokalisiert
ist, die magnetischen Partikel von dem unteren Teil der Seite 93 zu
dem untersten Teil der gegenüber
liegenden Seite 92 der inneren Oberfläche der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13.
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Schritt 10: Ansaugen von Auswaschungspuffer (18a, 18b)
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Wie
mittels 18a gezeigt ist, haben die Träger 62 und 63 in
diesem Schritt die gleiche Winkelposition (Pos. 7) wie im Schritt
9. 18b zeigt einen Querschnitt längs G-G in 18a. In diesem Schritt 10 wird der zweite Auswaschungspuffer 94 aus
dem Reaktionsgefäß 13 beispielsweise
mithilfe eines automatischen Pipettierers angesaugt, und wie mittels 18b gezeigt ist, bleibt an dem untersten Teil
der Seite 92 der inneren Oberfläche der Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 eine
Schicht 97 magnetischer Partikel durch die Wirkung einer
magnetischen Kraft gehalten, die durch den am Träger 62 befestigten
Magneten 75 auf diese Partikel ausgeübt wird.
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Schritt 11: Freigeben von Pellets (19a, 19b)
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In
diesem Schritt haben die Träger 62 und 63 die
Winkelposition (Pos. 6), die mittels 19a gezeigt
ist. 19b zeigt einen Querschnitt
längs F-F
in 19a. Wie mittels 19b gezeigt,
geben in diesem Schritt 11 die Magneten 84, 85,
die am Träger 63 befestigt
und in der Nähe
der äußeren Oberfläche der Seitenwand
des Reaktionsgefäßes 13 lokalisiert sind,
Pellets frei, die eine Schicht 97 magnetischer Partikel
bilden, indem sie von dem untersten Teil der Seite 92 zu
dem untersten Teil von der Seite 93 der inneren Oberfläche der
Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 bewegt
werden.
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Schritt 12: Zufügen von Probenverdünnungsmittel (20a, 20b)
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In
diesem Schritt haben die Träger 62 und 63 die
Winkelposition (Pos. 2), die mittels 20a gezeigt
ist. 20b zeigt einen Querschnitt
längs B-B in 20a. Wie mittels 20b gezeigt
ist, ist in diesem Schritt 12 keiner der an den Trägern 62 und 63 befestigten
Magneten in der Nähe
der äußeren Oberfläche der
Seitenwand des Reaktionsgefäßes 13 lokalisiert.
Ein vorbestimmtes Volumen des Probenverdünnungsmittels 98 wird
in dem Reaktionsgefäß 13 verteilt.
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Schritt 13: Mischen magnetischer Partikel
im Reaktionsgefäß (21a, 21b)
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Wie
mittels 21a gezeigt ist, haben die Träger 62 und 63 in
diesem Schritt die gleiche Winkelposition (Pos. 2) wie im Schritt
12. 21b zeigt einen Querschnitt
längs B-B
in 21a. In diesem Schritt 13 werden die magnetischen
Partikel, die in der im Reaktionsgefäß 13 enthaltenen Suspension vorhanden
sind, mittels eines so genannten Titurationsschritts gründlich durchmischt,
indem die Flüssigkeit
immer wieder, beispielsweise mithilfe eines automatischen Pipettierers,
aus dem Gefäß angesaugt und
erneut im Reaktionsgefäß verteilt
wird. Dieses Ansaugen und erneute Verteilen ist in 21b durch Pfeile angedeutet, die in entgegengesetzte
Richtungen weisen. Am Ende des Schritts 13 enthält das Reaktionsgefäß eine Probe,
die Nukleinsäure
enthält, die
aus dem biologischen Zellmaterial extrahiert wurde, das in der ursprünglichen
Probe enthalten war, die zu Beginn des Schritts 1 im Reaktionsgefäß 13 enthalten
war. Die am Ende des Schritts 13 im Reaktionsgefäß 13 vorhandene Nukleinsäureprobe
kann beispielsweise zum Ausführen
einer Polymerase-Kettenreaktion verwendet werden, um die Nukleinsäure zu vervielfältigen.
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Ergänzende Beschreibung oben beschriebener
Ausführungsformen
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Ein
gemeinsames Merkmal der oben beschriebenen Ausführungsformen besteht darin,
dass die Mittel zum selektiven Positionieren des Trägers oder
der Träger,
die die magnetischen Elemente halten, dazu ausgebildet sind, den
Träger
oder die Träger
an vorbestimmten Winkelpositionen zu positionieren, die entsprechend
einem Verarbeitungsschritt, der in diesem Reaktionsgefäß 13 ausgeführt werden soll,
und/oder entsprechend der Menge an Flüssigkeit im Reaktionsgefäß 13 gewählt sind.
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Wie
oben mit Bezug auf die Ausführungsformen
1 und 2 beschrieben wurde, können
an einigen der vorbestimmten Winkelpositionen des Trägers oder
der Träger
magnetischer Elemente eines oder mehrere magnetische Elemente in
der Nähe
der äußeren Oberfläche nur
einer Seite des Reaktionsgefäßes 13 positioniert
sein, während
an anderen derartigen vorbestimmten Winkelpositionen eines oder mehrere
magnetische Elemente in der Nähe
der äußeren Oberfläche des
Reaktionsgefäßes 13 an
einer Seite von diesem und auch in der Nähe der äußeren Oberfläche des
Reaktionsgefäßes an der
gegenüber liegenden
Seite positioniert sein. Wie oben insbesondere mit Bezug auf die
Ausführungsform
2 beschrieben wurde, kann mindestens eine der vorbestimmten Winkelpositionen
des Trägers
oder der Träger
magnetischer Elemente eine Position sein, bei der kein magnetisches
Element in der Nähe
irgendeiner äußeren Oberfläche des
Reaktionsgefäßes 13 lokalisiert
ist.
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Bei
sämtlichen
oben beschriebenen Ausführungsformen
einer Vorrichtung:
- – umfasst jedes der magnetischen
Elemente der Anordnung oder der Anordnungen magnetischer Elemente
vorzugsweise einen oder mehrere Magneten, die auf dem Träger der
Anordnung die gleiche Breite und die gleiche Azimutposition haben;
und
- – schneidet
die Rotationsachse des Trägers
bzw. jedes der Träger
die Längsachse
des Reaktionsgefäßes vorzugsweise
in einem Punkt, der unterhalb des Bodens des Reaktionsgefäßes lokalisiert ist.
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Bei
Ausführungsformen,
die zwei Träger
von Anordnungen magnetischer Elemente aufweisen, haben diese Träger eine
gemeinsame Rotationsachse.
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Bei
sämtlichen
oben beschriebenen Ausführungsformen
einer Vorrichtung umfasst die Vorrichtung einen Motor und mechanische Übertragungsmittel,
die durch geeignete Steuerungsmittel gesteuert werden, um den Träger 11 sowie
dadurch die Anordnung magnetischer Elemente bei einer Mehrzahl von
vorbestimmten Winkelpositionen in Bezug auf das Reaktionsgefäß zu drehen
und selektiv zu positionieren. Derartige Steuerungsmittel umfassen
vorzugsweise Mittel, die die notwendige Steuerung in Reaktion auf
Befehle ausführen,
die von einer Prozesssteuereinheit bereitgestellt werden, die die
Verarbeitung einer Proben-Reagenz-Mischung steuert, die im Reaktionsgefäß verarbeitet
wird. Sämtliche soeben
erwähnten
Steuerungsmittel können
beispielsweise Teil einer Steuereinheit einer automatischen Vorrichtung
sein. Derartige Steuerungsmittel können Hardware- und Software-Mittel
umfassen.