FI57850C - Foerfarande och anordning foer hantering av vaetskesatser - Google Patents

Description

FuS^l ΓΒΐ m^UUI.UTUSjULKAISU r n q r Π JBTa lbj '11' utlAggningsskrift 5 785 0 C «5» Patentti myönnetty 10 LO 1030 A' Patent medoeLat ^ ^ (S1) K»»!k?/lnt.a.3 β 05 D 7/00 SUOMI—FINLAND (21) f«^ttn»k*nw~PK#m»wak«h»f 7Θ1090 (22) H«kwntoplM—AMBknlni^H lO.OU.78 ** * (23) Aikupllvft—GlWgit«tsdag 10. OU. 78 (41) Tulkit julkMcsl — Blhrlt offtncllg 11.10.79

Pentti. J* r*kf«t*rih»IHtu* NihtMta.,™» |. ku-Muikrtun pvm.- p>t*nt- och ragtftantyPBlMn v ' AmMcu utlicd oeh utUkrtfUn publie*r*d 30.06.80 (32)(33)(31) «cuolkuu» —Bujtrd prtorlm (71)(72) Niilo Kaartinen, Vuolahti, 21620 Kuusisto, Suomi-Finland(FI) (7¾) Oy Heinänen Ab (5¾) Neste-erien käsittelymenetelmä ja -laitteisto - Förfarande och anordning för hantering av vätskesatser Tämän keksinnön kohteena on neste-erien käsittelymenetelmä, jossa käsittely tapahtuu säilytys- tai käsittelytiloista ja niitä yhdistävistä johdoista muodostuvassa järjestelmässä, jossa kahden tilan välillä oleva johto on varustettu ainakin yhdellä jäähdyttimeen yhteydessä olevalla hanalla, jonka kohdalla oleva neste on jäädytettävissä siten, että johto sulkeutuu, ja jossa neste-erän siirtäminen jo-honkin järjestelmään kuuluvista tiloista suoritetaan järjestämällä nesteen virtaustiellä olevat hanat avoimiksi niin, että neste ohjautuu paine-eron työntämänä mainittuun tilaan, ja neste-erän sulkeminen mainittuun tilaan suoritetaan jäädyttämällä tilaan liittyvien johtojen hanat umpeen.

Neste-erän varastoiminen umpinaiseen säilytystilaan tapahtuu sulkemalla tilaan liittyvät johdot venttiilien, hanojen tms, sulkuelimien avulla. Tällaiset sulkuelimet voivat olla käsikäyttöisiä tai mekaanisesti toimivia ja niihin kuuluu liikkuvia osia, jotka tukkivat nesteen virtaustien. Liikkuvia osia käsittävien hanojen käytön epäkoh- 1 tana on kuitenkin se, että osien väliin jäävät raot aiheuttavat tii- i i vistysvaikeuksia. Lisäksi rakoihin tunkeutuva neste vaikeuttaa ha- j nan pitämistä puhtaana, millä on merkitystä varsinkin silloin, kun 2 57850 hanan kautta johdetaan keskenään erilaisia nesteitä.

Paitsi mainituilla mekaanisilla hanoilla voidaan nestettä siirtävä johto sulkea myös jäähdyttämällä sitä niin, että johdon sisällä oleva neste jäätyy. Hanan muodostaa tällöin johdossa oleva kohta, joka on yhteydessä jäähdyttimeen, jolla johdon lämpötila on saatettavissa ko. kohdassa nesteen jäätymispisteen alapuolelle. Tunnetuissa ratkai-suissa tällainen hana ei kuitenkaan anna mahdollisuutta nopeisiin säätötoimenpiteisiin, sillä hanan sulkeutuminen on hidasta eikä sen avaamiseen ole kiinnitetty huomiota.

Tämän keksinnön tarkoituksena on muodostaa mainittujen jäädyttämällä suljettavien hanojen käyttöön perustuva neste-erien käsittelymenetelmä, jossa edellämainitut epäkohdat on vältetty. Tunnusomaista keksinnölle on se, että käsittely suoritetaan järjestelmässä, jossa hanat on varustettu erillisillä sähköisillä lämmityselimillä siten, että hanan lämpötila on pidettävissä käsiteltävän nesteen jäätymispisteen yläpuolella jäähdyttimen ollessa toiminnassa, ja että käsittelytoiminnot aikaansaadaan hanojen lämmityselimiin kohdistuvalla sähköisellä ohjauksella, jolla hanat ovat avattavissa ja suljettavissa. Nesteen käsittely voi näinollen tapahtua järjestelmässä, johon ei kuulu lainkaan mekaanisia liikkuvia osia. Neste-erän ohjaaminen johonkin järjestelmän tiloista perustuu siihen, että nesteen siirtymisr8itillä sijaitsevat hanat pidetään lämmön avulla avoimina mahdollisten muihin tiloihin johtavien haarajohtojen ollessa jäädytettyinä umpeen, jolloin paine-ero työntää nesteen haluttuun tilaan. Tilan sulkeminen tapahtuu yksinkertaisesti katkaisemalla lämmitys, jonka jälkeen hanat jäätyvät nesteen itsensä avulla umpeen.

3os hanakohta on hyvin kapea, voidaan se jäähdyttää etukäteen nesteen jäätymispisteen alapuolelle, jolloin johto on auki kaasuvir-taukselle mutta sulkeutuu välittömästi nesteen saavuttua hanan koh- _ dalle. Suljetun johdon avaaminen tapahtuu lämmittämällä hanaa niin, että sen kohdalla olevaa jää sulaa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetyillä hanoilla on sama funktio kuin tavanomaisilla mekaanisilla hanoilla mutta, kuten edellä olevasta käy selville, niiden toimintatapa on ratkaisevasti toinen.

Hanojen toiminnan perustamisella jatkuvaan jäähdytykseen ja tästä riippumattomaan sähköiseen lämmitykseen saavutetaan se, että nesteiden käsittelyä voidaan ohjata sähköisillä ohjaussignaaleilla ja järjestelmän toiminta on näinollen automatisoitavissa. Etuna tunnettuun tekniikkaan verrattuna on edelleen se, että umpeen jäädytetyt hanat ovat ehdottoman tiiviitä ja vuotamattomia, ja knska liikkuva*

I. ' / ‘.i LII

C· f O J u ja niihin liittyvät kapeat raot ja kolot puuttuvat, ei myöskään johtojen puhdistaminen tuota vaikeuksia.

Keksinnön kohteena on myös laitteisto edellä mainitun menetelmän toteuttamista varten. Tämä laitteisto käsittää yhtenäisen, säilytystä! käsittelytiloista ja niitä yhdistävistä johdoista muodostuvan järjestelmän, jossa kahden tilan välillä oleva johto on varustettu ainakin yhdellä jäähdyttimeen yhteydessä olevaa hanalla, jonka kohdalla oleva neste on jäädytettävissä siten, että johto sulkeutuu. Olennaisesti uutta tässä keksinnössä on se, että hanaan on liitetty vastus-lämmitin, jonka avulla hanan lämpötila on pidettävissä käsiteltävän nesteen jäätymispisteen yläpuolella jäähdyttimen ollessa toiminnassa, jolloin hanan toiminta on säädettävissä lämmittimeen johdetun sähkövirran avulla.

Hanojen toimintatiloissa tapahtuvien muutosten seuraamista varten voidaan kukin hana varustaa sensorielimellä. Tällaisena sensorieli-menä voidaan käyttää esim. termistorivastusta, joka antaa signaalin hanan jäätyessä umpeen. Toisaalta on mahdollista käyttää hyväksi hanan lämmitykseen käytetyn sähkövastuksen termistoriominaisuutta seuraamalla resistanssin muuttumista sellaisen pienen jännitteen avulla, jolla ei ole olennaista vaikutusta itse hanan lämpötilaan.

Eräälle keksinnön edulliselle sovellutusmuodolle on tunnusomaista se, että laitteistoon kuuluu ainakin yksi säilytys- tai käsittelytiloista muodostuva kennomainen yksikkö, jossa tilat on kytketty rinnakkain liittämällä ne yhdysjohtojen välityksellä yhteiseen pääjohtoon ja jossa kussakin yhdysjohdossa on lämpötilan suhteen säädettävä hana tilan avaamista ja sulkemista varten. Tällainen, yksikkö sopii varsinkin neste-erien varastointiin. Koska jäädyttämällä suljettavat hanat voivat liikkuvien osien puuttuessa olla erittäin pieniä, soveltuu lait-teisto varsinkin pienien neste-erien käsittelyyn, ja mainitut yksiköt voidaan muodostaa kompakteiksi kennostoiksi, joihin saattaa kuulua hyvin suuret määrät pieniä, keskenään samansuuruisia säilytystiloja.

^ Laitteisto voi näinollen käsittää suuren näyterekisterin, josta mikä tahansa neste-erä voidaan haluttaessa ottaa käsiteltäväksi. Säilytys- ' tiloista muodostuvat yksiköt voidaan konstruoida esim. suorakulmaisen särmiön muotoisesta metallikappaleesta, joka sisältää sekä säilytystilat että niihin kuuluvat pää-ja yhdysjohdot. Yksikkö on edullista varustaa kahdella pääjohdolla, jolloin mikä tahansa säilytystiloista on täytettävissä tai tyhjennettävissä pääjohtojen välille järjestetyn paine-eron avulla.

Eräs toinen keksinnön edullinen sovellutusmuoto on tunnettu siitä, että kennomaisen yksikön pääjohtoon liittyvissä yhdysjohdoissa olevat hanat on muodostettu käyttämällä levymäisiä matriiseja, joissa on 4 57850 sähkövastuksia. Koska yhteen matriisiin saattaa kuulua lukuisia vastuksia, on mahdollista muodostaa kaikkien yksikköön kuuluvien rinnakkaisten yhdysjohtojen hanat yhden ainoan lämmittävän elimen avulla. Tämän yksinkertaistaa olennaisesti varsinkin sellaisen laitteiston rakennetta, johon kuuluu hyvin suuret määrät säilytystiloja.

Kennomaisen yksikön samaan pääjohtoon liittyvissä yhdysjohdoissa olevat hanat voidaan toteuttaa siten, että yhdysjohdot kulkevat tasaisen pinnan kautta, jolloin hanat ovat muodostettavissa sijoittamalla vastuksia sisältävä levymäinen matriisi mainittua pintaa vasten siten, että neste pääsee virtaamaan pinnar?%iatriisissa ole- ~ vien vastusten välissä. Matriisin pohja kytketään puolestaan jääh-dyttimeen, joka on pidettävissä jatkuvasti käsiteltävän nesteen jäätymispisteen alapuolella. Asetettaessa matriisi mainittua tasaista — pintaa vasten muodostuvat hanakohdat vastusten kohdalle, kun taas vastusten väleihin jäävät tilat jäätyvät pysyvästi umpeen. Kun kenno-mainen yksikkö muodostuu suorakulmaisen särmiön muotoisesta metalli-kappaleesta, voidaan muutoin kappaleen sisällä kulkevat yhdysjohdot tuoda kappaleen pinnalle siten, että johtojen aukot ovat peitettävissä yhden ainoan matriisin avulla. Matriisissa olevat vastukset muodostavat tällöin kappaleen pinnalle tarvittavat, johtojen aukkoja yhdistävät virtauskanavat,.jotka ovat pidettävissä auki vastuksen kautta kulkevan sähkövirran avulla. Pysyvästi jäässä olevat alueet eristävät puolestaan eri yhdysjohtoihin kuuluvat virtauskanavat tehokkaasti toisistaan.

Keksintöä voidaan soveltaa edelleen siten, että laitteistoon kuuluu ainakin yksi kahden pääjohdon välissä sijaitseva annosteluyksikkö, jossa on rinnakkaisia, hanallisilla yhdysjohdoilla varustettuja tiloja, jotka ovat nesteen annostelua varten keskenään eri suuria. Laitteistolla voidaan siten annostella nestettä siirtämällä neste-erä pääjohtoa myöten johonkin mainituista erisuurista tiloista, johon neste suljetaan. Nämä toimenpiteet ovat suoritettavissa edellä esitetyn mukaisesti ilman liikkuvia osia, esim. pelkän sähköisen ohjauksen varassa.

Laitteiston annostelumahdollisuudet lisääntyvät olennaisesti, jos annosteluyksikköön kuuluu useampia rinnakkaisten ja keskenään erisuurien tilojen muodostamia järjestelmiä, jotka on kytketty peräkkäin, ja jos annostelun hienosäätöä varten ainakin toinen annosteluyksikön pääjohdoista on jaettu hanojen avulla osiin. Mainitut rinnakkaisten tilojen muodostamat järjestelmät voidaan tällöin konstruoida siten,

5 5 7 ö b U

että ne edustavat eri suuruusluokkia, ts. edellisen järjestelmän pienin tila on suurempi kuin seuraavan järjestelmän suurin tila tai päinvastoin. Mainittua edellistä tilaa käytetään tällöin karkea-annosteluun ja seuraavaa järjestelmää annostelun tarkentamiseen. Haluttu nestemäärä on siten annosteltavissa valitsemalla eri järjestelmiin kuuluvista peräkkäisistä tiloista sopiva yhdistelmä, joka täytetään nesteellä muiden annosteluyksikköön kuuluvien tilojen ollessa suljettuina. Jos valittuun tilayhdistelmään sisällytetään edelleen pääjohdosta hanojen avulla erotettuja pieniä osia, voidaan annostelussa päästä hyvinkin suureen tarkkuuteen.

Koska annostelun kohteena ovat tavallisesti säilytystiloihin varas -toidut neste-erät, on sopivaa sijoittaa annosteluyksikkö säilytystilan tai säilytystiloista muodostuvan varastointiyksikön viereen niin, että niillä on yhteinen pääjohto. Säilytystilan ja annostelu- «τ' yksikön välimatka on tällöin mahdollisimman lyhyt.

Keksinnön mukaisella laitteistolla on edelleen mahdollista yhdistää erilaisia neste-eriä toisiinsa halutussa suhteessa. Tämä on toteutettavissa edullisimmin siten, että laitteisto käsittää ainakin kaksi säilytystilojen ja annosteluyksiköiden muodostamaa kombinaatiota sekä sekoitustilan, johon annostellut neste-erät ovat johdettavissa. Nesteiden muodostama seos on edelleen laimennettavissa haluttuun väkevyyteen tuomalla sekoitustilaan laimennusnestettä niin, että tila täyttyy. Kun annosteltujen neste-erien ja laimennusnesteen siirtämiseen käytetään samoja johtoja, suorittaa laimennusneste samalla johtojen ja annosteluyksiköiden huuhtelun. Tätä silmälläpitäen on - edullista kytkeä mainitut kombinaatiot peräkkäin niin, että lähempänä sekoitustilaa oleva annosteluyksikkö on huuhdeltavissa kauempana sekoitustilasta annostellun neste-erän avulla. Laimennusneste johde-^ tään tällöin lopuksi molempien annosteluyksiköiden kautta sekoitus- tilaan. Järjestelyn ansiosta varsinaisten huuhteluvaiheiden määrä rajoittuu yhteen ja annostellut neste-erät tulevat kokonaisuudessaan siirretyiksi sekoitustilaan.

Jos laitteistoon kuuluu sekoitustilan ohella inkubaatiotiloja, voidaan sitä käyttää myös sekoitettujen nesteiden välillä tapahtuvien reaktioiden suorittamiseen. Inkubaatiotilat voidaan järjestää rinnakkain kennomaiseksi yksiköksi, joka vastaa rakenteeltaan edellä mainittuja kennomaisia varastointiyksiköitä. Inkubaatiotilojen yhteydessä voidaan siten käyttää samanlaisia levymäisiä matriiseja yhdysjohdossa olevien hanojen muodostamiseen.

6 57850

Jotta inkubaatiotiloissa tapahtuvista reaktioista voitaisiin tehdä havaintoja, on laitteistossa oltava erillinen detektiotila, joka sijoitetaan mahdollisimman lähelle inkubaatiotiloja. Detektiotila voi olla tilavuudeltaan erittäin pieni, jolloin inkubaatiotilasta detektiotilaan siirrettävä nestemäärä on vain murtorosa inkubaatio-tilassa olevan reagoivan nesteseoksen kokonaistilavuudesta. Tällöin on edullista menetellä siten, että neste-erä poistetaan detektiotilasta välittömästi mittauksen tapahduttua ja seuraavaa, määrätyn aikavälin jälkeen tapahtuvaa mittausta varten otetaan inkubaatiotilasta uusi nestenäyte. Koska detektiotila on lisäksi helposti huuhdeltavissa, voidaan yhden ainoan detektiotilan avulla seurata samanaikaisesti lukuisien eri reaktioiden edistymistä, Tämän johdosta laitteistoon voi kuulua useita varastointi- ja annosteluyksiköistä, sekoitusti-loista ja inkubaatioyksiköistä muodostuvia kokonaisuuksia, jotka tarvitsevat yhteisesti vain yhden detektiotilan. Kun tällaiseen ~ analyysilaitteistoon kuuluvia hanoja voidaan ohjata elektronisesti tietokoneen avulla, on laitteiston toiminta automatisoitavissa.

Keksinnön mukainen laitteisto sopii varsinkin märkäkemiallisen analyysin suorittamiseen pienillä neste-erillä ja keksintöä voidaan soveltaa erityisesti kliinisessä kemiassa. Kliinisissä analyyseissä suuresta määrästä samankaltaisia nestemäisiä näytteistä määrätään yksi tai useampia komponentteja ja lisäksi tulosten perusteella tehdään usein toistoja ja tarkistuksia sekä muita täydentäviä määrityksiä. Kunkin komponentin määritys sisältää useita neste-erillä suoritettavia varastointi-, annostelu-, yhdistely-, sekoitus- ja erotustoimintoja, yleisemmin sanottuna nesteillä suoritettavia loogisia toimintoja, joiden automaation tarve on erittäin suuri.

Nykyisissä analyysilaitteissa suoraa sähköistä ohjausta ei voida soveltaa erillisten neste-erien käsittelyyn, mikä johtuu lähinnä magneettiventtiileistä, joilla on suuret kuolleet tilavuudet ja yksikkökustannukset. Sen sijaan nykyiset mikrotietokoneet eivät asettaisi esteitä käsittelyn ohjelmoimiselle silläkään kompleksisella tasolla, jolla analyyttinen tai kliininen kemisti voi manuaalisin menetelmin toimia. Näinollen neste-eriin kohdistuvat kvantitatiiviset ja loogiset toiminnot tehdään lähinnän mekaanisesti, joko nesteitä rinnakkaisissa kanavistoissa jatkuvasti eteenpäin siirtäen ja toisiinsa T-kappaleiden välityksellä yhteenjohtaen, ts. ilman liikkuvia mekaanisia logiikkaelementtejä, tai siirtäen mekaanisesti erillisiä tai yhteen kytkettyjä astioita, joiden välillä edelleen mekaanisesti.

. 7 57850 erillisillä pipeteillä siirrellään nesteitä ilmateitse.

Mainittujen mekaanisten logiikkatoimintojen avulla voidaan toteuttaa vain nesteen käsittelyn keskeisimmät, useimmin toistuvat vaiheet, yleensä vielä jäykästi samassa järjestyksessä. Tällainen erillisjärjestelmä on kuitenkin ohjelman ja ohjelmoinnin kannalta huomattavasti joustavampi kuin mainittu jatkuvavirtausjärjestelmä, jossa nesteitä siirretään rinnakkaisissa kanavistoissa. Toimintojen aika-suhteita samoin kuin neste-erien suuruuksia ja niiden keskinäisiä suhteita voidaan ainakin jossain määrin muuttaa ja uusia yhdistelmiä voidaan muodostaa.

•N*»'

Erillisjärjestelmässä monet mekaaniset toiminnot aiheuttavat luotettavuus- ja tarkkuusongelmia ja monia kompromisseja, joista analyysin laatu kärsii. Lisäksi esim. kertakäyttöiset erillistuotteet lisäävät käyttökustannuksia. Jatkuvavirtausjärjestelmässä taas ongelmana on suuri reagenssien kulutus ja edellisten neste-erien jäämien aiheuttamat virheet seuraavien neste-erien käsittelyssä. Virheiden korjaaminen vaatii onnistuakseen hyvin vakiolliset toimintaolosuhteet ja huomattavan tietokonekapasiteetin. Olennainen, uudelleen ohjelmointi ilman rakenteellisia muutoksia ei mahdollista, joskin toisaalta yhtenäisen kanaviston ja jatkuvan virtauksen muodostama toimintalogiikka on tunnettu toimintavarmuudestaan. Mainittakoon lisäksi, että molemmat järjestelmät ovat luonteeltaan sarjallisia, ts. tapahtumat seuraavat jäykästi toisiaan ennalta määrätyssä järjestyksessä. Rinnakkaisia tapauksia saadaan aikaan vain kytkemällä useita sarjallisia järjestelmiä rinnakkain, jolloin järjestelmän koko kasvaa joustavuuden lisääntymättä.

Analyysilaitteisiin kuuluvat detektorit,kuten esim. yleisesti käytetyt optiset ilmaisimet, voivat teoriassa toimia hyvinkin pienillä neste-tilavuuksilla ja sekä reagenssien kulutuksen että näytemateriaalin määrän rajallisuuden vuoksi olisi edullista supistaa tarvittava nestemäärä mahdollisimman pieneksi. Esimerkiksi kliinisessä kemiassa, jossa tavanomaisena näytemateriaalina on veri»joudutaan samasta näytteestä - tekemään lukuisia eri testejä. Kuitenkaan nykyisten annostelu- ja käsittelyjärjestelmien tarkkuus ei yleensä salli mikrolitrasuuruus-luokkaa pienempien nestemäärien käyttöä.

Tarkkaan ottaen nykyisiä automaattMa analysaattoreja ei voida pitää 57850 β automaattisina, vaan vain mekanisoituina, sillä automaatiolle tyypillistä takaisinkytkentää, itsetarkistusta tai itsekorjausta ei yleensä voida suorittaa. Nämä puutteet johtuvat nesteenkäsittely-järjestelmien rajoituksista. Samasta syystä esim. detektoreita ei voida käyttää tehokkaasti hyväksi, sillä nestetoimintojen minimoimiseksi näyte varaa detektorin silloinkin, kun mittausta ei suoriteta. Suurin, joskaan ei ehkä yleisesti tiedostettu puute nykyisissä nestekäsittelyjärjestelmissä on sellaisen varastointeja käsittelyjärjestelmän puuttuminen, jota logiikkateknologian huipulla, nykytietokoneissa vastaa RAM'(Random Access Memory).

Analysaattorissa, joka on toteutettu tämän keksinnön mukaisesti, edellä mainittuja epäkohtia ei esiinny. Tämä perustuu siihen, että neste-eriä siirretään pelkän paine-eron avulla ilman liikkuvia mekaanisia osia. Nesteiden siirtelyä ja käsittelyä ohjataan elektronisesti ja myös nestetoimintojen ja kunkin hanan toiminnallisen tilan valvonta tapahtuvat elektronisesti. Analysaattoria voidaan siten ohjata tietokoneen avulla, jolloin varastointi, annostelu tms. käsittelyvaiheet tapahtuvat automaattisesti. Lisäksi analysaattoria voidaan jatkuvasti ohjelmoida, uudelleen ohjata ja etäis -ohjata. Liikkuvien osien puuttuminen lisää analysaattorin luotettavuutta ja alentaa sen tuotantokustannuksia. Koska käsiteltävät neste-erät voivat olla hyvin pieniä, saadaan detektorin ajankäyttö tehokkaaksi. Samasta syystä voidaan säilytystiloista muodostaa näyte-rekisteri, joka saattaa sisältää jopa satoja tuhansia potilaista otettuja näytteitä. Kun näytteet ovat vesiperustaisia ja niiden jäätymispisteet ovat hyvin lähellä toisiaan, on hanojen toimintaa helppo kontrolloida eikä ole estettä niiden kytkemiselle samaan jäähdytysjärjestelmään, mikäli se analysaattorin rakenteen puolesta muutoin on mahdollista. Haluttu näyte voidaan siirtää rekisteristä käsittelyyn _ automaattisesti ja tarvittaessa tulokset ovat helposti ja nopeasti kontrolloitavissa toistamalla ko. määritys.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää säilytystiloista muodostuvaa yksikköä.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista yksikköä päältä nähtynä.

Kuvio 3 esittää leikkausta III-III kuviosta 2, 9 57850

Kuvio 4 esittää leikkausta IV-IV kuviosta 2,

Kuvio 5 esittää levymäistä matriisia, jossa on sähkövastuksia.

Kuvio 6 esittää kuvion 4 mukaisesti leikattuna osaa säilytystilojen muodostamasta yksiköstä, jonka pintaa vasten kuvion 5 mukainen matriisi on asetettu.

Kuvio 7 on kaavakuva eräästä keksinnön mukaisesta analysaattorista, joka muodostuu tiloista ja niitä yhdistävistä hanallisista johdoista ja

Kuvio 6 on kaavio RIA-määrityksen suorittamisesta keksinnön mukaisella laitteistolla.

Kuviossa 1 on esitetty suorakulmaisen särmiön muotoinen kappale 1, joka muodostaa säilytystiloja 2 käsittävän kennomaisen yksikön.

Yksikköön kuuluvat säilytystilat 2 on kytketty rinnakkain kahden pääjohdon väliin liittämällä ne molemmista päistään hanallisten yhdysjohtojen välityksellä mainittuihin pääjohtoihin. Säilytystilojen 2 päät sijaitsevat suorakaiteen muotoisen kappaleen 1 sivulla 3 ja tilojen pääjohdot on viety kappaleen sisään viereisen sivun 4 kautta johtojen päiden 5, 6 ollessa nähtävissä kuviossa 1.

Kuvion 1 mukaisen kappaleen 1 rakenne selviää lähemmin kuvioista 2-4. Säilytystilat 2 ovat lieriömäisiä ja ulottuvat kappaleen 1 sivulta _ 3 vastakkaiselle sivulle 7. Tilojen pääjohdot kulkevat pääasiassa kappaleen 1 sisällä sivujen 3 ja 7 tuntumassa ja niiden suuntaisina.

Nämä mainittujen sivujen suuntaiset osat on piirustuksissa merkitty viitenumeroilla Θ ja 9. Osien Θ ja 9 päissä pääjohdot kääntyvät säilytys tilojen 2 suuntaisiksi ja nousevat kappaleen pinnalle sivuilla 3 ja 7. Sivulla 3 olevat pääjohtoon kuuluvat aukot on merkitty piirustuksissa viitenumeroilla 10 ja 11. Numeroilla 12 ja 13 on edelleen merkitty aukot, jotka ovat kanavien 14 ja 15 välityksellä yhteydessä kappaleen sivulla 4 oleviin pääjohdon sisäänmenokohtiin 5. Toisen pääjohdon tuominen kappaleen sivulle 7 ja liittäminen sisäänmenokohtiin 6 on toteutettu täysin vastaavasti. Kukin neljästä lieriömäisestä säiliö-tilasta 2 on liitetty kummastakin päästään yhdysjohdon 16, 17 välityksellä vastaavan pääjohdon suoraan, kappaleen sisällä kulkevaan osaan 8, 9. Kukin yhdysjohto 16, 17 kulkee lyhyen matkan kappaleen 1 pintaa myöten ja sivulla 3 olevat yhdysjohtoihin kuuluvat aukoton 10 57850 piirustuksissa merkitty viitenumeroilla 1Θ ja 19.

Kuvioiden 1-4 mukainen kappale 1 ei vielä sellaisenaan voi toimia neste-erien varastointiin tarkoitettuna yksikkönä. Niinpä sivuille 3 ja 7 avautuvat säilytystilojen 2 päät on suljettava tiiviisti niin, että tilat ovat ainoastaan kapeiden yhdys- ja pääjohtojensa välityksellä yhteydessä kappaleen 1 ulkopuolelle. Lisäksi kukin yhdysjohdoista 16, 17 on varustettava säilytystilan ja pääjohdon välillä hanalla, jonka avulla säilytystila on avattavissa ja suljettavissa. Hanakohtien muodostamiseen käytetään kuviossa 5 esitettyä levymäistä matriisia 20, johon kuuluu kuusi suorakaiteen muotoista, kalvomaista sähkövastusta 21. Vastukset 21 on kytketty rinnakkain yhteisen kalvomaisen johtimen 22 ja johdinmateriaali11a päällystettyjen kohtien 23 väliin. Vastukset voivat olla mitä tahansa paksukalvovastuksissa käytettävää materiaalia, esim. jalometallioksidien seosta ja matriisissa 20 vas- ” tusten ja johdinten alustana oleva levy voi olla esim. alumiinioksidia.

Hanojen muodostaminen matriisin 20 avulla tapahtuu asettamalla matriisi kappaleen 1 sivulla 3 olevien aukkojen 10-13, 1Θ-19 kohdalle siten, että kalvomaiset vastukset 21 tulevat pareittain sijaitsevien aukkojen päälle. Kuviossa 6 on esitetty erääseen yhdysjohdosta 16 tällä tavoin muodostunut hana. Matriisi levyn 20 ja pinnan 3 välissä on eristemateriaalia 24 ja vastapäätä vastusta 21 on sijoitettu erillinen termistori-vastus 25 niin, että näiden vastusten väliin on muodostunut kapea kanava 26. Matriisin 20 pohjaa vasten on sijoitettu jäähdytin 27, joka on pidettävissä jatkuvasti yhdysjohdon 16 kautta siirrettävien nesteiden jäätymispisteen alapuolella. Matriisissa oleva johdin 21 _ samoin kuin johdinmateriaali1la päällystetyt kohdat 23 on kytketty johtimien 2Θ kautta jännitelähteeseen. Termistorivastuksen 25 johtimia ei kuviossa 6 ole esitetty.

Kuvion 5 mukainen matriisi muodostaa kappaleen 1 sivulle 3 kaikkiaan 6 rinnakkaista hanaa, joista neljä kuuluu yhdysjohtoihin 16 ja kaksi tällä sivulla olevaan pääjohtoon. Samanlainen matriisi sijoitetaan myös kappaleen vastakkaiselle sivulle 7.

Hanan toiminta perustuu sähkövastuksen 21 ja jäähdyttimen 27 avulla tapahtuvaan lämpötilan säätämiseen kanavassa 26. Jäähdytin 27 pitää hanan ympäristöä pysyvästi yhdysjohdossa 16 siirrettävien nesteiden jäätymispisteen alapuolella. Vastuksen 21 kautta kulkeva sähkövirta synnyttää kuitenkin lämpöä niin, että kanava 26 pysyy avoimena. Jos n 57850 sähkövirta katkaistaan yhdysjohdon 16 ollessa nesteen täyttämä, jäätyy kanava 26 välittömästi umpeen. Toisaalta jos yhdysjohto 16 on virran katkaisuhetkellä tyhjä, pysyy hana avoimena kaasuvirtauk-sille mutta jäätyy umpeen heti nestevirtauksen saapuessa kanavan 26 kohdalle. Hanalla on näinollen kolme eri toimintatilaa, ts. se voi olla täysin suljettu, avoin kaasuvirtaukselle tai avoin sekä kaasu- että nestevirtaukselle. Termistorivastuksen 25 tehtävänä on seurata hanan toimintatilaa antamalla signaali kanavassa 26 tapahtuvista olomuodon muutoksista.

Kuviossa 7 on esitetty johdoista ja niihin liittyvistä tiloista —' muodostuva laitteisto, joka on tarkoitettu neste-erien varastointiin ja analysointiin. Johdoissa olevat pienet poikkiviivat kuvaavat hanoja, jotka on toteutettu kuvion 6 mukaisella periaatteella. Lait-teisto käsittää yhdysjohdoilla 29, 30 kahden rinnakkaisen pääjohdon 31-32 väliin kytketyistä viidestä säilytystilasta 33 muodostuvan varastointiyksikön, jossa yhdysjohdot ja pääjohdot on varustettu hanoilla 34-39. Säilytystilojen lukumäärää lukuunottamatta tämä varastointiyksikkö voi olla täysin kuvioissa 1-6 esitetyn mukainen. Pääjohtoon 31 välittömästi varastointiyksikön viereen on sijoitettu annosteluyksikkö, joka muodostuu kahdesta rinnakkaisten ja keskenään eri suurien tilojen 40, 41 muodostamasta järjestelmästä 42,43. Kukin tila 40, 41 on hanojen 44-47 avulla erotettavissa muista annostelu-yksikköön kuuluvista tiloista ja pääjohdosta 31 ja 4Θ. Pääjohto 4Θ on jaettavissa hanojen 49 avulla pieniin osiin annostelun hienosäätöä varten. Pääjohto 4Θ päättyy sekoitustilaan 50, johon annosteluyksikön annostelema erä varastoitua nestettä voidaan siirtää.

Säilytystiloista 33 muodostuvan varastointiyksikön toiselle puolelle on sijoitettu toinen, kahdesta tilajärjestelmästä 51,52 muodostuva annosteluyksikkö, jota ympäröivät pääjohdot 53 ja 54. Pääjohtoon 53 on kytketty kolme säilytystilaa 55-57, joihin varastoidut nesteet ovat annosteltavissa tilajärjestelmissä 51 ja 52 ja siirrettävissä pääjohtojen 54, 31 ja 4Θ kautta sekoitustilaan 50.

Laitteiston toiminta analysaattorina perustuu sekoitustilaan 50 johdettujen neste-erien välillä tapahtuviin reaktioihin ja niiden seuraamiseen ja tätä tarkoitusta varten on sekoitustilan viereen sijoitettu rinnakkain kytketyistä inkubaatiotiloista 58 muodostuva inku-baatioyksikkö. Tämä yksikkö vastaa rakenteeltaan edellä mainittua varastointiyksikköä ja siihen kuuluu siten kaksi hanoilla 59-62 12 57850 varustettua pääjohtoa 63, 64, joiden väliin inkubaatiotilat 58 on kytketty hanoilla 65,66 varustettujen yhdysjohtojen 67,68 kautta. Reaktioiden seuraamista varten on inkubaatioyksikön toiselle puolelle sijoitettu detektiotila 69, jonka tilavuus on olennaisesti inkubaatio-tilojen 58 tilavuutta pienempi. Detektiotilaan 69 liittyy hanalla 70 varustettu poistojohto 71, jonka kautta detektiotila tyhjennetään heti mittauksen tapahduttua.

Laitteistolla voidaan suorittaa myös sellaisia reaktioita, joihin kuuluu esi-inkubaatiovaihe sekä sitä seuraava varsinainen inkubaatio.

Tätä silmällä pitäen on inkubaatioyksikön yhteyteen sijoitettu mittaus- kammio 72 ja sekoitustila 73, jotka ovat johdon 74 kautta suorassa yhteydessä säilytystiloihin 55-57 ja niihin liittyvään annosteluyk- sikköön. Esi-inkuboitu^este-erä voidaan näinollen siirtää kammioon / _ 72, jossa siihen lisätään tiloissa 51 ja 52 annosteltu erä reagenssia, ja nesteet sekoitetaan tilassa 73. Tämän jälkeen seos voidaan palauttaa johonkin inkubaatiotiloista 58.

Neste-erien siirtely kuvion 7 mukaisessa laitteistossa tapahtuu johtoihin järjestettävän paine-eron avulla. Halutulla siirtymisreitillä olevat hanat pidetään sähkövastusten avulla avoimina samalla kun kaikki risteävät johdot on suljettu . Siirrettävä neste-erä saadaan pysähtymään johonkin tilaan siten, että tilasta lähtevässä johdossa oleva hana jäähdytetään etukäteen, jolloin saapuva nestepatsas jäädyttää hanan välittömästi umpeen. Tämän jälkeen sähkövirta katkaistaan myös toisesta mainittua tilaa rajoittavasta hanasta, joka on nesteen täyt-tämä. Kun nestettä on jälleen siirrettävä eteenpäin, avataan hanat _ sulattamalla niissä olevat jäätulpat sähkövirran avulla.

Keksinnön mukaista neste-erien käsittelymenetelmää ja -laitteistoa voidaan käyttää erilaisten analyysimenetelmien yhteydessä detektorin toimintatavasta riippumatta. Niinpä esimerkiksi radioaktiivisuuteen perustuva radioimmunologinen määritys voidaan toteuttaa kuvion 8 mukaisella tavalla. Tässä kuviossa on esitetty kaaviollisesti analyysi lait-teen tärkeimmät toiminnalliset yksiköt. Näytteet, standardit ja rea-genssit on varastoitu rekistereihin 75-77, jotka ovat yhteydessä annos-teluyksiköiden 78 ja 79 kautta menetelmän vaatimaan laimennusyksikköön 80. Laimennusyksikkö voi käsittää esim, sekoittajan ja siihen liittyvän annostelijan, joka täytetään sekoittajasta laimennushuuhteen edellyttämään tilavuuteeen, esim. 2/3 sekoittajan sisältämästä neste-erästä siirretään annostelijaan, joka puolestaan tyhjennetään johonkin 57850 rekisterin 81 inkubaatiotiloista.Sekoittajaan jäänyt 1/3 laimennetaan edelleen täyttämällä sekoittaja ko. reagenssilla ja tyhjentämällä annostelijaan samoin kuin edellä. Näin saadaan laimennussarja 1:3 siirretyksi näyterekisteristä 75 inkubaatiorekisteriin 81. Laimennussuhde voidaan siis valita vapaasti tyhjennyssuhteen avulla.

Inkubaatio tapahtuu tavanomaiseen tapaan, jolloin osa radioaktiivi-suudeta sitoutuu yhteen osallistuvista komponenteista. Sitoutunut ja liukoinen jaos erotetaan toisistaan separaattorissa 82, jonka toiminta voi esim. perustua siihen, että magneettiset partikkelit sidotaan sähkömagneettisesti paikoilleen separaatiopaikkaan liukoisen jaoksen poispesemisen ajaksi, minkä jälkeen partikkelit voidaan siirtää pienen nestemäärän mukana suoraan detektoriin 83, joita voi olla monia. Keksinnön mukaisessa laitteistossa mittauksen kohteena taval-—- lisesti oleva sitoutunut jaos voidaan helposti tiivistää niin pieneksi, että detektorina voidaan käyttää gammasäteilyn puolijohdeilmaisinta. Tällaista ilmaisinta ei voida käyttää tavallisissa, koeputkia tms. mekaanisesti liikuttelevissa laskijalaitteissa koeputkien suuren tilavuuden takia.

Ohjauselektroniikkaa, esim. mikrotietokonetta, on merkitty kuviossa viitenumerolla 84. Kuvattu automaattinen RIA-laitteisto voidaan ohjelmoida tekemään kaikki ne kontrollit, tarkistukset ja standardisoinnit, jotka määrityksen tekijä muutoin joutuisi tekemään käsikäyttöisesti saatuaan tällaisia toimenpiteitä edellyttävät testitulokset. Tämä johtuu siitä, että tässä laitteistossa kaikki harvoinkin tarvittavat reagenssit ovat automaattisesti saatavilla.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutus-muodot eivät rajoitu edellisiin esimerkkeihin, vaan voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä esimerkiksi kuviossa 7 esitettyyn laitteistoon on sisällytetty ainoastaan esimerkit niistä tyypillisimmistä käsittely-yksiköistä, jotka voivat tulla kysymykseen keksintöä sovellettaessa.

Claims (17)

1. Neste-erien käsittelymenetelmä, jossa käsittely tapahtuu säilytystä! käsittelytiloista (2) ja niitä yhdistävistä johdoista (8,9,16,17) muodostuvassa järjestelmässä, jossa kahden tilan välillä oleva johto on varustettu ainakin yhdellä jäähdyttimeen (27) yhteydessä olevalla hanalla (26), jonka kohdalla oleva neste on jäädytettävissä siten, että johto sulkeutuu, ja jossa neste-erän siirtäminen johonkin järjestelmään kuuluvista tiloista suoritetaan järjestämällä nesteen virtaus-tiellä olevat hanat avoimiksi niin, että neste ohjautuu paine-eron työntämänä mainittuun tilaan, ja neste-erän sulkeminen mainittuiin tilaan suoritetaan jäädyttämällä tilaan liittyvien johtojen hanat umpeen, tunnettu siitä, että käsittely suoritetaan järjestelmässä, jossa hanat (26) on varustettu erillisillä sähköisillä läm-mityselimillä (21) siten, että hanan lämpötila on pidettävissä käsiteltävän nesteen jäätymispisteen yläpuolella jäähdyttimen (27) ollessa toiminnassa, ja että käsittelytoiminnot aikaansaadaan hanojen lämmi-tyselimiin kohdistuvalla sähköisellä ohjauksella, jolla hanat ovat avattavissa ja suljettavissa.

2. Laitteisto patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamista varten, joka käsittää yhtenäisen, säilytys- tai käsittelytiloista (2) ja niitä yhdistävistä johdoista (8,9»16,17) muodostuvan järjestelmän, jossa kahden tilan välillä oleva johto on varustettu ainakin yhdellä jäähdyttimeen (27) yhteydessä olevalla hanalla (26), jonka kohdalla oleva neste on jäädytettävissä siten, että johto sulkeutuu, tunnettu siitä, että hanaan (26) on liitetty vastus-lämmitin (21), jonka avulla hanan lämpötila on pidettävissä käsiteltävän nesteen jäätymispisteen yläpuolella jäähdyttimen (27) ollessa toiminnassa, jolloin hanan toiminta on säädettävissä lämmittimeen johdetun sähkövirran avulla.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kukin hana (26) on varustettu sensorielimellä (25).

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen laitteisto, tunne t tu. siitä, että laitteistoon kuuluu ainakin yksi säilytys- tai käsittely-tiloista (2) muodostuva kennomainen yksikkö, jossa tilat on kytketty rinnakkain liittämällä ne yhdysjohtojen (16,17) välityksellä yhteiseen pääjohtoon (8,9) ja jossa kukin yhdysjohto on varustettu hanalla (26) tilan avaamista ja sulkemista varten. 15 57850

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kennomaiseen yksikköön kuuluvat tilat (2) on kytketty hanalli-silla yhdysjohdoilla (16,17) kahden rinnakkaisen pääjohdon (8,9) väliin.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää ainakin yhden rinnakkain kytketyistä säilytystiloista (2) muodostuvan varastointiyksikön, jossa säilytystilat ovat keskenään olennaisesti samansuuruiset.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 4-6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kennomaisen yksikön pääjohtoon (8) liittyvissä — yhdysjohdoissa (16) olevat hanat (26) on muodostettu käyttämällä levymäisiä matriiseja (20), joissa on sähkövastuksia (21).

^ 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että samaan pääjohtoon (8) liittyvät yhdysjohdot (16) kulkevat tasaisen pinnan (3) kautta ja että hanat (26) on muodostettu sijoittamalla vastuksia (21) sisältävä levymäinen matriisi (20) mainittua pintaa vasten siten, että neste pääsee virtaamaan pinnan ja matriisissa olevien vastusten välissä.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että levymäisen matriisin (20) pohja on kytketty jäähdyttimeen (27), joka on pidettävissä jatkuvasti käsiteltävän nesteen jäätymispisteen alapuolella.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 2-9 mukainen laitteisto, t u n-n e t t u siitä, että laitteistoon kuuluu ainakin yksi kahden pääjohdon (31,48) välissä sijaitseva annosteluyksikkö, jossa on rinnakkaisia, hanallisia yhdysjohdoilla (44-47) varustettuja tiloja (40-41), — jotka ovat nesteen annostelua varten keskenään erisuuria.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että annosteluyksikköön kuuluu useampia rinnakkaisten ja keskenään erisuurien tilojen (40,41) muodostamia järjestelmiä (42,43)» jotka on kytketty peräkkäin.

1 2 3 Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen laitteisto, tunnet- 2 t u siitä, että annostelun hienosäätöä varten on ainakin toinen an 3 nas te luyksikön pääjohdoista (48) jaettu hanojen (49) avulla osiin. is 57850

13. Jonkin patenttivaatimuksista 10 - 12.mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että annosteluyksikkö (42-43) on sijoitettu säilytystilan tai säilytystiloista (33) muodostuvan varastointiyksikön viereen niin, että niillä on yhteinen pääjohto (31).

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää ainakin kaksi säilytystilojen (33, 55-57) ja annosteluyksiköiden (42-43, 51-52) muodostamaa kombinaatiota sekä sekoitustilan (50), johon annostellut neste-erät ovat johdettavissa.

14 57850

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laitteisto, tunnettu - siitä, että kombinaatiot on kytketty peräkkäin niin, että lähempänä sekoitustilaa (50) oleva annosteluyksikkö (42-43) on huuhdeltavissa kauempana sekoitustilasta annostellun neste-erän avulla.

16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että laitteistoon kuuluu sekoitustilan (50) ohella rin-. nakkain kytketyistä inkubaatiotiloista (58) muodostuva kennomainen yksikkö aineiden välillä tapahtuvien reaktioiden suorittamisten varten. 1 Jonkin patenttivaatimuksista 14-16 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu detektiotila (69) aineiden välillä tapahtuvien reaktioiden seuraamista varten.

17 57850