DK148520B - Rotor til fotometrisk oploesningsanalysator af den roterende kuvettetype - Google Patents

Description

148520

Den foreliggende opfindelse angår en forbedret rotor til en fotometrisk opløsningsanalysator af den roterende ku-vettetype omfattende en skiveformet rotor med et cirkulært mønster af prøveanalysekuvetter til modtagelse af væskeformede prøver og reagenser, hvilken rotor har gennemsigtige vægge ud for kuvetterne, og hvilken rotor er egnet for drift uden indvirkning fra tyngdekraften.

Den senere udvikling a£ bemandede rumfartøjer har skabt et behov for analytiske systemer med hvis hjælp forskellige biokemiske analyser af en astronauts kropsvæsker kan udføres hurtigt under en færd og ophold i rummet. Sådanne analyser er nødvendige til at give fortløbende kontrol af astronautens helbredstilstand, således at hjælpeforanstaltninger kan foretages om nødvendigt. Af speciel interesse er blodprøver omfattende glukose, LDH, SGOT, SGPT, BUN, total protein, alkaliske fosfataser, bilirubin, kalcium, klorid, natrium, kalium og magnesium. Sådanne prøver gennemføres normalt på blodplasma og kræver en forudgående centrifugering af blodprøver til fjernelse af de røde blodlegemer.

I USA patentskrift nr. 3,586,484 beskrives en til hurtig gennemførelse af et flertal samtidige biokemiske analyser konstrueret fotometriskopløsningsanalysator, ved hvilken udfældninger fjernes fra et flertal prøver gennem centrifugering inden prøverne overføres til et roterende kyvettesystem til fotometrisk analyse. En central overføringsskive er forsynet med kamre, i hvilke prøve-og reagensvæsker tilbageholdes ved tyngdekraftens indvirkning så længe som overføringsskiven er stillestående, og fra hvilke væskerne ved skivens rotation slippes fri til de respektive sedimenteringskamre. Efter sedimenteringen stoppes overføringsskiven og den øverststående væske vil ved hjælp af tyngdekraftens virkning løbe til en tredie serie kamre. Den øverststående væske kan derefter ved centrifugalkraftens indvirkning overføres til de respektive kyvetter i et roterende kyvettesystem, som omgiver overføringsskiven. En lyskilde og en fotodetektor er anordnet på linie med gennemsigtige vinduer i kyvetterne til bestemmelse af koncentrationen af kemiske bestanddele og andre substanser ved måling af lysabsorptionen i de i kyvetterne forekommende prøver. Til anordningen hører der desuden organer til modtagelse af de afgivne signaler fra fotodetektoren til indikering af lystransmittansen af prø- 2 14-8520 verne i kyvetterne.

Selvom de ovenfor beslcrevne analytiske fotometre og lignende anordninger med roterbare kyvettesystemer er kommet til stadig mere udstrakt anvendelse i forskellige laboratorier takket være deres evne til hurtigt og nøjagtigt at analysere et stort antal prøver, er de uegnede for anvendelse i rummet, idet de forudsætter en tyngdekraft til tilbageholdelse eller overførelse af væsker på visse, tidspunkter af arbejdscylclen ved væskeprøvernes fyldning og tømning. Selvom rumfartøjer i omløbsbaner og på månerejser på-. virkes af' gravitationsfelter ligesom' alle materialer i universet, forekommer de i den tilstand, som kaldes tyngdeløs, idet de altid (med.undtagelse af det tidsrum, hvor raketmotorerne arbejder og ved nedfarten) befinder sig i frit fald med en acceleration, som bestemmes af den påvirkende gravitation. Under sådanne omstændighe-. r der kan tyngdekraften ikke udnyttes til overførelse eller tilbageholdelse af væsker.

Formålet med opfindelsen er således at tilvejebringe en forbedret rotor til en fotometrisk opløsningsanalysator af den roterende kuvettetype, hvilken rotor kan arbejde uden tyngdekraftens hjælp til overførelse eller tilbageholdelse af væsker. -Dette formål er ifølge opfindelsen virkeliggjort i en forbedret rotor med de i den kendetegnende del af krav 1 angivne ejendommeligheder.

- Den ifølge opfindelsen foreslåede rotor består af et lami neret skiveformet organ med en .central, uigennemsigtig skive indføjet mellem ydre gennemsigtige skiver. Den centrale Skive er forsynet med en cirkulær anordning af. aksiale huller, som danner ana-lysekyvetter, når skiven indføjes mellem de ydre gennemsigtige ski-'. ver. Centrale påfyldningshuller strækker sig mellem hver ydre _ gennemsigtig skive på linie med respektive fordelingskamre, som er formet i den centrale skives modsatte endeflader. Kanaler strækker sig. fra hvert fordelingskammer til hver analysekyvette for til disse at overføre prøve- og reagensvæsker. Organer er anordnet til jævn fordeling af prøve- og reagensvæskerne til analysekyvet-terne, medens rotoren spinder.

Fig. 1 viser skematisk et vertikalsnit gennem en fotometrisk analysator med den ifølge opfindelsen foreslåede rotor.

3 148520

Pig. 2 er en plan afbildning visende den fotometriske analysator ifølge fig. 1»

Pig. 3 er en plan afbildning visende prøvefyldningssiden af den foreslåede rotor.

Pig. 4 er en perspektivisk afbildning, gennemskåret og delvis bortskåret visende rotorens prøvepåfyldningsside.

Fig. 5 er en plan afbildning visende reagenspåfyldningssiden cif den foreslåede rotor.

Fig. 6 er en perspektivisk afbildning, gennemskåret og delvis bortskåret visende rotorens reagenspåfyldningsside.

På fig. 1 og 2 vises en fotometrisk analysator af den roterende type omfattende en ifølge opfindelsen konstrueret rotor 1 vist på en forenklet, skematisk måde. Rotoren 1 bæres cif en motordreven platform 2, omfattende en cylindrisk del 3, som afsluttes ved en cirkulær skive 4 med en derfra opstående sarg 5» -indrettet til at give rotoren støtte i sideretningen. Organer (ikke viste), for eksempel en kile og magnet anvendes til at forhindre indbyrdes rotation mellem rotoren 1 og platformen 2 og til at fastholde rotoren på platformen ved rumfart imder tyngdefrihed, samtidig med at rotoren når som helst det ønskes kan fjernes med håndkraft.

En fotometrisk lyskilde 6 giver en lysstråle med konstant lysstyrke, hvilken lysstråle krydser rotoren 1 i et punkt, som svarer til analysekuvetterne 7's radielle stilling.

På platformen 2's plane skive 4 er der optaget huller 8 aksielt på linie med analysekuvetterne 7. Den fra lyskilden 6 udgående stråle,, som er vist med en punkteret linie på fig. 1, er rettet ind således at den passerer gennem hvert hul 8 og kuvet-te, efterhånden som de passerer gennem strålen.

En elektronisk fotodetektor 9 er placeret under rotoren 1 og platformen 2's plane skive 4, hvor den er indrettet således, at den under rotationen kan modtage det gennem analysekuvetterne passerende lys. Fotodetektoren 9 indbefatter et fotomultiplikator-rør og giver et elektrisk svar i form af et udgangssignal, som er proportionalt med intensiteten af det gennem kuvetterne transmitterede lys.

Mellem platformen 2's plane skive 4 og fotodetektoren 9 er der placeret en indstillelig filtervælger 11 med et flertal lysfiltre 12 med forskellig lystransmittans. En fjederbelastet 4 148520 låsemekanisme 13 indgriber i fordybninger i filtervælgeren 11 for at indstille hvert lysfilter aksialt i forhold til lyskilden 6 og fotodetektoren 9.

En magnetbremse 14 er monteret til skiven 4's radialt yderste del til hurtig bremsning af den roterende platform 2. En .indikator 15 for rotorstillingen er anordnet til- at give impulser ved hjælp af fotodioder, som belyses gennem huller 16, som er boret gennem skiven 4· Ved hjælp af en passende kredsanordning udnyttes impulserne til kontrol af rotorens omdrejningstal og til korrelering af de gennem analysekuvetterne transmitterede lysimpulser med-rotorstillingen,, - \ På fig. 3 og 4 vises rotoren l's prøvepåfyldningsside i plan- respektive perspektivafbildning,, Rotoren har en lamineret konstruktion med en central, fortrinsvis opal plastskive 17 indføjet mellem transparente plastskiver 18,19o Skiven 17 har en cirkulær gruppe aksiale huller, som tjener som analysekuvetter 7. Skiven 17 er desuden forsynet med en serie af i hovedsagen radialt orienterede fordybninger, som strækker sig fra hver kttvette 7 til et centralt prøvefordelingskammer 2o„ Et centralt beliggende, konisk hul 21 til tilførsel af prøvevæske, strækker sig gennem skiven 18 på linie med prøvefordelingskammeret 2o.

. Radialt gående prøvefordelingskanaler 22, en for hver ana-lysekuvétte 7 > skærer hinanden ved prøvefordelingskammerets 2o periferi under dannelse af én savtandformet kant, som sikrer en jævn fordeling af prøvevæske til kanalerne 22, når rotoren 1 roterer og prøvevæske indføres gennem påfyldningshullet 21. Overstrømningskanaler 23 og kaviteter 24 til opsamling af overstrømmende væske " kan anordnes til at begrænse væskevolumenet i hver kanal 22 og til at tilsikre en jævn fordeling af prøvevæske til kanalerne 22. Kanalerne 22 er af kapillær størrelse for at forhindre tab af prøvevæske i tyngdeløs tilstand og når rotoren ikke roterer.

Fra et punkt nær, men i afstand fra den radiale yderende af hver kanal 22, udgår der en forbindelseskanal 25, som slutter ved en tilsvarende analysekuvette 7· Hver forbindelseskanal 25 er ombøjet således at den går radialt indefter fra sit skæringspunkt med en kanal 22 og derefter radialt udad til en kuvette.

Den ombøjede form forhindrer direkte strømning af prøvevæske til kuvetterne 7 efter at. den er fordelt til kanalerne 22, da det på-væskeprøven af accelerationen frembragte overtryk balanceres af 148520 5 overtrykket fra væsken i det indadgående ben 26 af hver tilsvarende kanal 25. Som ovenfor nævnt skærer hver kanal 25 en tilsvarende kanal 22 ved et punkt, som ligger i afstand fra den radielle yderende. Derved dannes der en adskiller, i hvilken partikler i prøvevæsken kan afsætte sig og · sammenpakkes gennem accelerationskraften, således at kun den rene væskekomponent af prøvevæsken indføres i analysekuvetterne.

På fig. 5 og 6 vises rotoren l's reagenspåfyldningsside i plan- respektive perspektivisk afbildning. Et reagensfordelingskammer 27 kommunikerer med kwetterne 7 gennem radielle fordelingskanaler 28, som er af kapillær størrelse for at væskerne i kuvet-terne skal tilbageholdes i tyngdeløs tilstand og når rotoren ikke roterer. Reagensfordelihgskammeret 27 er forsynet med en savtandformet kantlinie på de steder, hvor kanalerne 28 skærer hinanden på samme måde som i prøvefordelingskammeret 2o. Et centralt placeret, konisk hul 29 til tilførsel af reagensvæske strækker sig gennem skiven 19 på linie med reagensfordelingskammeret 27.

Under driften kan et enkelt reagens i form af en opløsning injiceres gennem reagenspåfyldningshullet 29 i den spindende rotor. Så snart reagensvæsken er kommet ind i analysekuvetterne tilbageholdes den i disse gennem kapillærvirkningen, selv under tyngdeløs tilstand og når rotoren ikke roterer. Anvendelsen af e.t enkelt reagens skulle imidlertid begrænse systemet til analyse af lige store alikvoter for en enkelt bestanddel. Ifølge en foretrukken arbejdsmåde indsættes forskellige reagenser i forvejen i kuvetterne og ly-ofiliseres, Når en fotometrisk analyse skal udføres, løsnes de lyofilerede reagenser gennem injektion af vand eller en bufferopløsning i den spindende rotor på den beskrevne måde. En sådan operation skaber mulighed for at gennemføre flere kemiske analyser på en enkelt blodprøve.

En prøvevæske, såsom blod, injiceres derefter i den spindende rotor, f.eks. ved hjælp af en injektionssprøjte, hvis nål indføres gennem påfyldningshullet 21 til indføring af væskeprøven i prøvefordelingskammeret 2o. Prøven strømmer radielt udad gennem prøvefordelingskanalerne 22 indtil den når og fylder kanalernes ender og løber over til overstrømningskanalerne 23 og opsamlingsrummene 24. Rotoren drives med tilstrækkeligt omdrejningstal til adskillelse af de faste bestanddele, i dette tilfælde de røde blod- 6 148520 legemer, som fraskilles i kanalerne 22's ydre ender. Lufttryk tilføjes derefter gennem prøvepåfyldningshullet 21 for at drive det efter blodlegemernes afcentrifugering tilbageblivende blodplasma gennem kanalerne 25 ind i analysekuvetterne 7. Alternativt kan en væske såsom vand eller en saltopløsning indsprøjtes til at fortrænge plasma en „ Efter indførelsen i kwetterne blandes plasmaet og reagensen og analyseres fotometrisk.

Efter de fotometriske analyser kan hele rotoren kasseres og en ny rotor indsættes i platformen til flere samtidige tests på næste prøve. Såfremt det ønskes, kan prøve- og reagensmaterialet i den kasserede rotor forblive i rotoren selv i tyngdefri tilstand på grund af kapillærvirkningen i kanalerne 22 og 28, Påfyldningshullerne kan tilproppes permanent til yderligere lukning, eller rotoren kan placeres i en tæt plastpose.

Eksempel

Rotorer ifølge opfindelsen er blevet fremstillet til anvendelse ved en hel blodanalyse, som kan gennemføres uden væskespild, enten ved rumfarter under tyngdefrihed eller ved jordens . overflade. Rotorerne, som i hovedsagen i overensstemmelse med tegningseksemplerne og beskrivelsen nedenfor er blevet fremstillet af plastskiver med en største diameter i området 57 - 9o mm, idet hver midterste skive 17 havde 5 mm tykkelse og de ydre skiver 18 og 19 en tykkelse på 3 mm.

Til udformning af reagenspåfyldningssiden af hver rotor bearbejdedes midterskiven 17's ene side til dannelse af xeagensforde-lingskammeret 27 med et afstandsmål A = lo mm mellem de radielt inderste skæringspunkter ved kanalerne 28. I de mindre rotorer med 57 mm diameter boredes der gennem hver midterskive 17 nær disses periferi langs en fælles cirkel med 44,5 mm diameter 8 langs cirklen jævnt fordelte huller. Størrelsen af disse huller bestemte kuvetternes volumen (o,l cm ). Kanaler 28 med kapillær størrelse til at muliggøre væskeoverføring på skiven 17’s reagenspåfyldningsside fremstilledes ved fræsning af spor med bredden B = o,8 mm i den midterste skive. Ved formningen af rotorens prøvepåfyldningsside udfræstes skiven 17's modsatte side til dannelse af en gentagelse af fordelingskammeret på reagenspåfyldningssiden. Kanaler 148520 7 22 blev udfræset til en dybde på 1,6 mm og en bredde C = 2,4 mm.

De ombøjede forbindels eskanaler 25, som fræsedes med en bredde D = 0,8 mm og en dybde på 0,8 mm til tilvejebringelse af en kapil-lareffékt skar kanalerne 22 på en afstand E = 3»2 mm fra deres ydre ender.

De ydre plastskiver 18 og 19 af klar plast blev limet til den uigennemsigtige midterste skive 17» således at de dækkede de åbne spor og huller underdannelse af et lukket system af prøve-og reagensfordelingskanaler og analysekuvetter. Et vokslag blev påført i de fremstillede kanaler og huller for at hindre, at limen skulle flyde ind i disse.

Rotorerne med 9o mm diameter fremstilledes på lignende måde som rotorerne med 57 mm diameter. Dimensionerne på kuvetter-ne, fordelingskanalerne og rotortykkelsen var den samme som ved den mindre rotor. Længderne af de forskellige kanaler blev udstrakt til tilpasning af rotorens større radius.

Rotorskiven kan have flere eller færre kuvetter end de 8 viste og kan fremstilles i andre materialer med tillempning af andre fremstillingsmetoder, for eksempel formpresning.

Claims (4)

148520

1. Rotor.til fotometri sk .oplø snings analysator af den roterende • kuvettetype omfattende en skiveformet rotor (1) med et cirkulært mønster af prøveanalysekuvetter (7) til modtagelse af væskeformede prøver og reagenser, hvilken rotor har gennemsigtige vægge ud for kuvetterne, og hvilken rotor er egnet for drift uden indvirkning fra; tyngdekraften, kendetegnet ved et første qg et andet fordelingskammer (2o, 27), hvilke fordelingskamre er aksialt forskudt for hinanden og centralt placeret i rotoren O) ? en første serie af fordelingskanaler (22), som hver omfatter en første, i hovedsagen radialt udadgående kanaldel, som kommunikerer med det første fordelingskammer (2o) og en anden-forbindende kanaldel (25) med kapillær størrelse (D) mellem den første kanaldel og en tilsvarende analysekuvette (7), idet den anden kanaldel skærer den første kanaldel i et punkt, som befinder sig på radial afstand (E) indenfor den yderste ende af den første kanaldel, og idet den anden kanaldel strækker sig i hovedsagen radialt indefter fra dens skæringspunkt med den første kanal og derefter radialt udefter til analysekuvetten;.. en anden serie fordelingskanaler (28), der forbinder det andet fordelingskammer (27) med de respektive analysekuvetter (7), idet i det mindste en del af forbindelseskanalerne (28) har kapillær-størrelsej samt første og anden indløbsåbning (21,29) , som forbinder fordelingskamrene (2o,27) med de respektive aksialt modstående endeflader af den skiveformede rotor (i).

2. Rotor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en overstrømningskanal (23) skærer den første del af enhver af de første fordelingskanaler (22) i et punkt, som ligger radialt indenfor den radialt yderste ende af den første kanaldel,,

3. Rotor ifølge krav 2, kendet eg net ved, at opsamlingskaviteter (24) er anordnet indeni den. skivef ormede rotor (l) ved enden af hver overstrømningskanal (23).

4. Rotor ifølge krav 2, kendetegnet ved, at overstrømningskanalen (23) skærer den første kanaldel (22) ved et punkt, som ligger radialt indenfor det punkt, hvor den anden ka-