NO177163B - Apparat og fremgangsmåte for automatisert fremstilling og oppdeling av blodpröver for analysering i en sentrifugal hurtiganalysator - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et apparat for preparering av blodprø-ver for analyse, som angitt i patentkrav l's innledning, og vedrører også en fremgangsmåte for preparering av blodprøver for analyse, som angitt i krav 12's innledning.

Oppfinnelsen vedrører generelt en utvikling og forbedring av utnyttelsen av en sentrifugal hurtiganalysator for analyse av blodserum. Mer spesielt vedrører den en kapillar-rørskive og et rotorarrangement for preparering og samtidig levering av hver av en serie av preparerte og nøyaktig utmålte serumprø-ver med like volum til individuelle kyvetter i en analyserotor.

Sentrifugale hurtiganalysatorer (SHA), med modifikasjoner og forbedringer er tidligere beskrevet i forskjellige publika-sjoner og patentskrifter. Se f.eks. US-patent 3.555.284 og 3.798.459. En sentrifugalrotor med plass til flere prøver for preparering av blodfraksjoner er beskrevet i US-patent 3.864.089. Som det fremgår derav, fjernes væske- eller cellesuspensjonsprodukter ved hjelp av en type uttrekkssonder eller pipetter for analytiske formål. Forbedringer av en slik anordning er omtalt i US-patent 3.890.101 hvori blodfraksjoner samles i utskiftbare beholdere eller ampuller hvor det tas utmålte analytiske prøver.

Det nødvendige utstyr som kreves for rutineoperasjoner i slike systemer, omfatter en prøve- og pipetteringsanordning, som beskrevet i US-patent 3.854.508, for å overføre like store prøver og reagenser i kammerne i SHA-rotoren. Slike overføringsanordninger er kostbare, mekanisk kompliserte og krever betydelig forebyggende vedlikehold. Under klinisk arbeide ville det være svært fordelaktig å eliminere de manuelle håndteringene som kreves av slike anordninger, ved direkte overføring av preparerte, nøyaktig utmålte blodserum-prøver til kyvettene i en analyserotor.

Det er følgelig et formål med oppfinnelsen å frembringe en fremgangsmåte og et apparat for preparering av serumprøver fra helblod.

Det er et annet formål med oppfinnelsen å frembringe en fremgangsmåte og et apparat, som angitt ovenfor, hvori nøyaktig oppdelte serumprøver automatisk fylles inn i serum-kapillarrør.

Det er et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe en fremgangsmåte og et apparat, som angitt over, hvor det elimineres manuelle håndteringer av serumprøvene under overføring til en analyserotor.

Det er enda et ytterligere formål med oppfinnelsen å frembringe en fremgangsmåte og et apparat, som angitt ovenfor, hvor det elimineres behovet for nødvendig utstyr under serumprøveprepareringen og overføringen til en analyserotor.

Disse andre formål oppnås med et apparat for preparering av blodprøver for analyse, som angitt i krav 1, med de der angitte kjennetegn. Disse og andre formål oppnås også med fremgangsmåten som er angitt i krav 12, med de der angitte kjennetegn.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselv-stendige krav 2 til 11, hva apparatet angår.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningene.

Fig. 1 viser et planriss av en helblodprøveskive

utformet ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et planriss av en serumprøveskive.

Fig. 3 viser et planriss av en prøveprepareringsrotor. Fig. 4 viser et vertikalsnitt av en prøvepreparerings-rotor med blodprøveskive og serumprøveskive innsatt i samme.

Fig. 5 viser et planriss av en analyserotor.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et SHA-basert skive- og rotorsystem omfattende en anordning for ut fra helblodprøver å fremstille serum og fast blodmasse (røde blodceller og blodplater), etterfulgt av en oppdeling og overføring av utmålte serumprøver til kyvetter i en analyserotor. Systemer utnytter presisjonsutborede kapillarrør for volumutmåling og omfatter

1) en skive for opptagelse av helblodprøver,

2) en prøveprepareringsrotor,

3) en skive for opptagelse av serumprøver, og

4) en analyserotor.

Skivene for opptagelse av helblod- og serumprøvene er utstyrt med et antall presisjonsutborede kalibrerte kapillarrør hvori prøver innføres ved kapillarvirkning. Prøvene sentrifugaltøm-mes fra kapillarrørene ved å rotere rotorene med høy hastighet. Et antall helblodprøver individuelt innsatt i kapillarrørene i helblodprøveskiven, blir samtidig overført til hulrom i prøveprepareringsrotoren hvor de sentrifugeres til serum og fast blodmasse. Serumprøvene blir individuelt og automatisk ført inn i tomme kapillarrør i serumprøveskiven ved kapillarvirkning etter at rotoren er stanset. De fylte serumkapillarrør blir umiddelbart overført til kyvetter i en analyserotor ved sentrifugering for analysering med konvensjonelle fotometriske metoder. Denne operasjon utføres uten behov for en spesiell pipetteringsstasjon, som nevnt foran, henholdsvis manuell håndtering av prøvene.

Som vist i fig. 1, er en helblodprøveskive vist ved henvis-ningstallet 1, et antall presisjonsutborede kapillarrør 3 (fire er vist) er på utskiftbar måte innsatt i hver sin tilsvarende likt adskilte, radielle kanaler 5, arrangert i ekeformet forløp i skiven 1. Hvert rør luftes mot atmosfæren ved hjelp av en mindre kanal 7 som forbinder den indre radielle ende av røret med en åpning 9 gjennom en forhøyet, fortrinnsvis sirkulær senterseksjon 11 som danner et nav. Rørene holdes på plass med egnede midler, såsom en O-ring 13 posisjonert inne i et ringspor 15 som løper tvers over de rørbærende kanaler. Når rørene er satt på plass, er de friksjonstilpasset ved at de passerer over og komprimerer 0-ringen.

Under henvisning til fig. 2 vises en serumprøveskive 17 omfattende et antall presisjonsutborede kapillarrør 19 (fire er vist) som, på utskiftbar måte, er innsatt i tilsvarende likt adskilte, radielt arrangerte kanaler 21 i skiven 17. Hver serumrør rager utad fra skiven i et ekeformet forløp og blir ventilert mot atmosfæren ved deres indre ende ved hjelp av en ventilasjonsrenne 23 nær senteråpningen 25. Tilsvarende helblodprøveskiven, holdes rørene på plass av f.eks. en 0-ring posisjonert i et ringspor 28 som løper tvers over de rørbærende kanaler 21. 0-ringen komprimeres etter hvert som rørene innsettes i kanalene. Senteråpningen 25 i sentrum av skiven 17 opptar den forhøyede sirkulære seksjon 11 i sentrum av helblodprøveskiven 1 for å tilveiebringe en presis tilpasning av de to skiver.

En prøveprepareringsrotor 29 er vist i fig. 3 og 4. Rotoren 29 har et sirkelformig rotorlegeme 31 med et senterhulrom 33 for å oppta og holde helblod- og serumprøveskivene. Et antall radielle spalter 35 (fire er vist) er fortrinnsvis anordnet i det ytre forhøyede parti av rotorlegemet for å romme kapillarrørene 3 og 19 i skivene. Den ytre ende av hver spalte kommuniserer med hulrom 37 nær rotorlegemets ytre periferi ved hjelp av kanalene 39. Hulrommene og kanalene er omgitt av en stasjonær topp-plate 41. Eventuelt kan også topp-platen 41 utformes slik at den dekker de radielle spaltene 35, prøveskivene 1 og 17 eller deler av disse.

Som vist i fig. 4, er helblodprøveskiven 1 med kapillarrørene 3 satt på plass i rotorens senterhulrom 33 med hvert kapil-larrør 3 ragende inn i spalten i det forhøyede parti av rotorlegemet. Den ytre ende av hvert kapillarrør 3 er i direkte forbindelse med en kanal 39 som fører til et hulrom 37. Serumprøveskiven 17 med kapillarrørene på plass er posisjonert direkte over og tilpasset helblodprøveskiven ved hjelp av senterseksjonen 11 på helblodprøveskiven. Som for helblodkapillarrørene 3, er den ytre ende av hvert kapillar-rør 19 i direkte forbindelse med en separat kanal 39 som fører til et hulrom 37 i rotorlegemets ytre periferi. De radielle spaltene 35 sikrer at hvert kapillarrør 3 løper i flukt med et kapillarrør 17, og at hvert rørpar derved er på linje med en av kanalene 39 og hulrommene 37. Det kan anvendes alternative midler for å sikre fremstillingen, hvorved de radielle spaltene kan elimineres.

Når begge skiver er festet til prepareringsrotoren 29 settes denne i rotasjon. Ved hjelp av sentrifugalkraften blir prøvene i helblodkapillarrørene trukket mot de separate kanalene 39 og inn i hulrommene 37. På grunn av sentrifugalkraften separeres blodet til serum og fast blodmasse på kjent måte, og den faste blodmasse i hver blodprøve migrerer til det ytre omkretsparti av hvert hulrom 37 til dannelse av et lag. Serumet oppsamles radielt innerst i hulrommet. Når den ønskede separasjon er utført, stanses rotoren 29 med topplagene av serum i kontakt med kapillarrørene 19 i serumprøveskiven, og trekkes deretter inn i rørene av kapillarvirkning. Deretter overføres serumprøveskiven, fylt med serumrør, til en analyserotor. En analyserotor 43 er vist i fig. 5. Et sirkelformig rotorlegeme 45 er festet til et bunndeksel (ikke vist). Rotorlegemet er konstruert med en sirkulær åpning 47 i sentrum for å tilpasses til serumprøve-skiven 17. Rotorlegemet 45 inneholder et antall likt adskilte prøvekyvetter 49 (fire er vist) lokalisert rundt legemets ytre periferi 51. Et hulrom for analysereagens er radielt lokalisert innenfor hver kyvette 49 og kommuniserer med kyvetten ved hjelp av små kanaler 55. Kyvettene, hulrommene og reagenskanalene er dekket av et stasjonært toppdeksel 57. Et antall radielle spalter er anordnet i toppdekslet og rotorlegemet for å tilpasses til kapillarrørene 19 i serumprøveskiven 17. En åpning 61 gjennom toppdekslet er anordnet for hvert reagenshulrom for fylling i reagenshulrommene 53. Det ytre endepunkt 63 av hver spalte 59 kommuniserer med en separat kyvette 49 ved hjelp av en forbindelses-kanal 65 i rotorlegemet.

I en alternativ utførelsesform kan reagens leveres til kyvettene ved dynamisk tilførsel fra en sentral plassering i analyserotoren, i stedet for en tilførsel fra individuelle reagenshulrom. Under dynamisk tilførsel leveres reagens til rotoren, mens den spinner, og distribueres til hver kyvette ved hjelp av sentrifugalkraft. Generelt kan dynamisk tilførsel anvendes dersom det kun skal anvendes én enkelt reagens for å utføre samme analyse på alle prøvene i kyvettene. Når det utføres forskjellige analyser ved bruk av forskjellige reagenser, foretrekkes det å anvende statisk forsyning under anvendelse av separate reagenshulrom, som beskrevet over.

Analyserotoren roteres ved tilstrekkelig hastighet til at serumprøvene overføres ved sentrifugalkraft fra kapillarrør-ene 19 gjennom forbindelseskanalene 65 og inn i kyvettene 49. Samtidig kommer reagens fra reagenshulrommene 53 inn i kyvettene via kanalene 55 og blandes med prøvene. Kyvettene inneholdende de individuelle prøvene og reagens, kan deretter analyseres på konvensjonell måte.

Rotasjonshastigheten som kreves for å frembringe den nødvendige sentrifugalkraft i prøvepreparerings- og analyse-rotorene er delvis avhengig av rotorens diameter, og det kan enkelt fastslås den korrekte rotasjonshastighet for en gitt rotordiameter. Generelt kan rotorhastighetene variere fra 1000 til 4000 omdr./min. Rotordiameterene kan variere oppover fra noen få centimetere. I en foretrukket utførelsesform er rotorens diameter ca. 8,7 cm. Kapillarrørene kan også variere i størrelse avhengig av rotordiametere. Helblodkapillarrør med en lengde på ca. 2,5 cm og med en kapasitet på fra 100 pl til 200 pl foretrekkes. Serumkapillarrørene har stort sett mindre diameter enn helblodkapillarrørene. For eksempel kan et rør med en presisjonsutboret lengde på 2,540 ± 0,005 cm og en indre diameter på 0,0709 ± 0,0013, anvendes og inneholder da et væskevolum på 10,4 ± 0,4 pl. Ved å anvende rør med forskjellige indre diametere, kan forskjellige væskevolumer oppnås. Således kan et passende serumprøvevolum, som kreves for en spesifikk kjemisk prøve, oppnås ved å velge og anvende et kapillarrør med en lengde på 2,54 cm og med en passende indre diameter.

Oppfinnelsen skal nå illustreres med det følgende eksempel: En helblodprøve (~200 pl) ble innført ved hjelp av kapillar-virkning i en helblod-prøveskive. Prøveidentifisering ble oppnådd ved å ta ut et kapillarrør fra skiven å få en tomplass, og de gjenværende rørene ble nummerert i nummer-rekkefølge idet det startes med nr. 2. Det eksperimentelle system inneholdt 16 aktive prøveplasser. En skive fylt med prøver av helblod ble posisjonert i prøveprepareringsrotoren med tomplassen lokalisert ved en tomplass i rotoren, og med hvert eneste fylt kapillarrør lokalisert i en rotorspalte i forbindelse med en kanal førende til prøvehulrommet i rotoren. Den tomme serumprøveskive med et kapillarrør utelatt, ble posisjonert på toppen av prøvepreparerings-rotoren. Under anvendelse av tomplassen som en guide,ble serumprøveskiven plassert i rotoren hvilende på og tilpasset til helblodprøveskiven med de ytre ender av de tomme kapillarrør i kontakt med de indre åpninger av kanalene som leder til prøvehulrommene i rotoren. Rotoren med de to skivene på plass, ble deretter rotert med høy hastighet (4000 omdr./min.), og sentrifugalkraften beveget helblodprøvene fra hvert kapillarrør i prøveskiven for helblod til det korresponderende prøvehulrom i rotoren. Høyhastighetsrotasjon ble fortsatt til serumet separerte fra den faste blodmasse (røde blodceller, blodplater, osv.). Den faste blodmasse ble lokalisert til hulrommets ytre parti, mens serumet tok opp plassen i det indre hulromparti og kanalen. Deretter ble rotoren stanset, og serumet fra hvert aktivt sted i rotoren fylte de korresponderende kapillarrør i serumprøveskiven ved kapillarvirkning. Et kjent serumvolum fra hver blodprøve var fylt i kapillarrørene i serumprøveskiven. Blod- og serumprøv-enes volum kunne varieres ved å anvende kapillarrør med forskjellige utborede diametere.

De fylte serumprøveskiver ble fjernet fra prøvepreparerings-rotoren og satt ned i en analyserotor med den foreskrevne reagens i reagenshulrommene. Tomplassen på serumprøveskiven ble plassert i samsvar med en tomplass på analyserotoren, og hvert fylt kapillarrør ble posisjonert inn i sine respektive spalter med ytterenden i direkte forbindelse med kanalen som leder til en prøvekyvette. Rotoren ble rotert ved 4000 omdr./min. Serumprøvene ble forskjøvet ved hjelp av sentrifugalkraft fra kapillarrørene gjennom kanalene og inn i prøvekyvettene. Samtidig ble analysereagens beveget fra reagenshulrommene gjennom forbindelseskanalene til prøve-kyvettene, hvor de ble blandet og reagerte med serumprøvene, slik at de ble preparert for de konvensjonelle fotometriske metoder.

Oppfinnelsen kan anvendes til blodanalyse i kliniske laboratorier for å utvikle og forbedre kapasiteten for de ca. 40.000 sentrifugale hurtiganalysatorene som nå anvendes. Dette system har også et potensiale for anvendelse under gravitasjonsfrie omgivelser. I tillegg kan systemet inkor-poreres i et lavkostnads-analysesystem som egner seg for anvendelse på legekontorer og andre steder hvor det kreves god effektivitet, økonomi og enkel operasjon.

Claims (12)

1. Apparat for preparering av blodprøver for analyse omfattende en prøveprepareringsrotor (29) med et sentralt hulrom og et antall separate hulrom (37) adskilt rundt rotorens ytre periferi, karakterisert ved at helblod- og serumprøveskiver (1,17) er anbragt sentralt i det sentrale hulrom i stablet tilstand og at helblod- og serumprøveskivene definerer første og andre radielt forlengede kanaler (5,21), idet hver av de første og andre kanaler utskiftbart opptar et kapillarrør (3,19), mens de første og andre kanaler (5,21) orienteres slik at hvert kapillarrør (3) i helblodprøveskiven (1) er anbragt i flukt med et korresponderende kapillarrør (19) i serumprøveskiven (17), slik at det defineres et kapillarrørpar i vaeskef orbindelse med et av de separate hulrom (37).

2. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det ytterligere omfatter en analyserotor (43) med et sentralt hulrom (47) for opptagelse av de utskiftbare serumprøveskiver (17) og kapillarrør (19) og et antall kyvetter (49) samt en anordning for å overføre en utmålt mengde analysereagens til hver kyvette, idet hvert serum-prøvekapillarrør (19) er i vaeskef orbindelse med en separat kyvette (49), og at en anordning for å rotere analyserotoren er innrettet til å tilveiebringe overføring av serum fra serumprøvekapillarrørene til de separate kyvetter for tilblanding med den fordelte analysereagens.

3. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at hvert kapillarrørpar (3,19) er i forbindelse med et separat hulrom (37) ved hjelp av en radial spalte (35) i skiven, og hver radiell spalte (35) er posisjonert radielt innenfor og i forbindelse med et separat hulrom (37).

4. Apparat i samsvar med krav 2, karakterisert ved at anordningen for å fordele analysereagens omfatter et antall reagenshulrom (53) og hvert reagenshulrom er i vaeskef orbindelse med en separat kyvette (49), idet reagenset er innrettet til å overføres til hver kyvette ved rotasjon av analyserotoren.

5. Apparat i samsvar med krav 2, karakterisert ved at helblodprøveskiven (1) og serumprøveskiven (17) omfatter en anordning (7,23) for å ventilere helblod- og serumprøvekapillarrørene mot atmosfæren.

6. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at helblod- og serumprøvekapillarrørene (3,19) holdes på plass i deres respektive skiver ved hjelp av O-ringer (13.27) .

7. Apparat i samsvar med krav 6, karakterisert ved at hver O-ring (13,27) er lokalisert i et ringspor (15.28) ved bunnen av hver skive, og hvert ringspor passerer tvers over de respektive radielle kanaler (7,21).

8. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at serumprøveskiven (17) er anordnet stasjonært på toppen av helblodprøveskiven (1) ved hjelp av den forhøyede senterseksj on (11) i helblodprøveskiven (1) idet den kan tilpasses til en åpning (25) i sentrum av serumprøveskiven (17).

9. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at prøveprepareringsrotoren (29) omfatter en stasjonær topp-plate (41) for dekking av hulrommene og kanalene.

10. Apparat i samsvar med krav 4, karakterisert ved at analyserotoren (43) omfatter et stasjonært toppdeksel (57) inneholdende et antall radielle spalter (59) for tilpassing med serumprøvekapillarrørene (19).

11. Apparat i samsvar med krav 10, karakterisert ved at analyserotorenes (43) stasjonære toppdeksel (57) ytterligere omfatter et antall åpninger (61) som passerer gjennom dekselet, og at hver åpning kommuniserer med et separat reagenshulrom (53).

12. Fremgangsmåte for preparering av blodprøver for analyse, karakterisert ved at det tilveiebringes prøver av helblod i et antall kapillarrør (3), og hvert kapillarrør (3) anbringes i en separat radiell kanal (5) i en helblodprøveskive (1), og skiven (1) med helblodprøvene anbringes i en prøvepre-pareringsrotor (29), idet en serumprøveskive (17) anbringes over skiven (1) med helblodprøvene, hvor serumprøveskiven har et antall tomme serumkapillarrør (19) opptatt i de radielle kanaler (21), mens hvert tomme serumkapillarrør (19) innstilles på linje med et separat helblodprøvekapillarrør (3), slik at de danner et par, -hvoretter hvert kapillarrørpar (3,19) innstilles på linje med et separat hulrom (37) langs prøveprepareringsrotorens (29) periferi, og prøveprepareringsrotoren (29) roteres for å utøve overføring av helblodprøver fra kapillarrørene (3) til hulrommene (37) ved hjelp av sentrifugalkraften generert ved rotasjon av rotoren (29), og helblodprøvene sentrifugalsepareres i hulrommene (37) til serum og fast blodmasse ved fortsatt rotasjon av rotoren, hvoretter rotasjonen stanses og serumet migrerer ved kapillarvirkning inn i serumkapillarrørene (19), og serumprøveskiven (17) fjernes fra prøvepreparerings-rotoren (29) og innsettes i en analyserotor (43) inneholdende et antall kyvetter (49) og en anordning for fordeling av analysereagens til kyvettene, og hvert serumkapillarrør (19) innstilles på linje i vaeskef orbindelse med en separat kyvette (49), og analyserotoren (43) roteres for å sikre overføring av serumprøver fra kapillarrørene (19) til kyvettene (49) ved hjelp av sentrifugalkraft generert ved rotasjon av rotoren, og analysereagens overføres til hver kyvette (49) og blandes med serumprøvene ved fortsatt rotasjon av analyserotoren (43), og serumprøvene analyseres.