SE436698B - Kemisk reaktionsanordning - Google Patents

Description

7802268-8 avges snabbt från en reservoar till en reaktionscell, och ett prov tillsättes reagenset för att reagera därmed. Efter analysen tömmas cellen fullständigt som förberedelse för avgivning av nästa reagens- volym till densamna.

I praktiken avges först vid användandet av ovannämnda anordningar en reagensvolym av storleksordningen en milliliter till reaktionscellen, och en avsevärt rnindre mängd prrw, av storleksordningen 10 mikroliter, insprutas därefter i cellen medelst en pipett eller- anmn provtagnings- anordning. Vidare utföres analysen i en temperaturreglerad miljö, eftersom mätningarna är temperaturkänsliga. I typfallet, då kropps- fluidprov skall analyseras, utföres reaktionen vid en temperatur nära kroppstemperaturen, 37°C. En temperaturregleranordning för denna apparatur bör lämpligen stabilisera reaktionscellens och det däri befintliga reagensei-s tenperatur före infirandetav provet i cellen.

Olika ternperaturregleranordnirxgar har fiäreslagits för »begagnande med analysapparaturen av ovannämnd typ. Vid ett arrangemang är själva apparaten innesluten i ett temperaturreglerat hus, så att reaktions- kammaren, reagensreservoaren, avgivningsledrxingarna mellan reservoaren och kammaren och andra komponenter befinner sig i ett luftbad. Värme- anordningar och temperaturavkännare reglerar luftbadets temperatur.

Detta arrangemang har ett flertal nackdelar.. Sålunda Iråste ett relativt stort hölje uppvärmas. Som följd härav får arrangemanget' en lång värme- reaktionstid, och temperaturvariatíoner kan vid olika ställen i höljet. Vidare måste huset vara väl isolerat. Dessutom medför öppnaruíet av höljet för erhållande av tillträde till reaktionskammaren eller andra komponenter, att temperaturjämvikten störes. Vidare försämras snabbt vissa reagenser, när de hålles vid förhöjda tempera- turer under längre tidsperioder, vilket kan ske, när reagensreservoaren är belägen i det anslutande luftbadet. 7 Vid ett andra arrangemang begagnas två separata värmeazxordziirlgar, den ena för förvärmning av reaktionskammaren till den korrekta temperaturen och den andra fiår av reagenset i avgivnings- ledningen vid ett ställe på avstånd från reaktionskammaren. Medan denna lösning kan eliminera behovet av ett luftbadhus, kräver det två separata Vvärmeanordningar, var och en med en därmed förbunden temperaturavkärmare, som reglerar dess arbetssätt. Som följd härav 7802268-8 erfordras relativt komplicerade värmereglerkretsar för reglering av de båda värmeanordningarna. Eftersom vidare reagensförvärmaren befinner sig på avstånd från reaktionscellen, kan reagensets temperatur falla i tidsintervallet mellan det ögonblick reagerxset avges från fórvärmaren och det ögonblick det tillföres reaktionskammaren. I detta fall måste, om korrekt reaktionstemperatur skall erhållas, reagenset återges den korrekta temperaturen efter avgivningen till reaktionscellen, varigenom införandet av provet i cellen fördröjes och analysanordningens prov- gencmföringshastighet minskas.

Föreliggande uppfinning syftar till att erbjuda en kemisk reaktions- anordning för analys av biologiska prov med förbättrad temperatur- reglering för en kemisk reaktionscell och en i cellen införd reaktions- kozrponent med undanröja-ande av de tidigare kända anordningarnas ovan diskuterade nackdelar. Detta syfte nås med anordningen enligt patent- kraven.

Uppfinningen förklaras närmare i det följande med hänvisning till bifogad ritning.

Fig. 1 är ett kombinerat blockschema och en tvärsnittsvy, i huvudsak i ett vertikalplan, över resp. av en kemisk reaktionsanordriing enligt uppfinningen, och fig. 2 är en delperspektivvy av en del av den i fig. l visade anordningen med vissa delar bortskunxa för visande av ettvärmeelement, som är lindat omkring cellen och en del av en reagernsavgivrüragslednirng, vilken är lindad kring cellen och värmeelementet.

Reaktionscellen i fig. l visas placerad i ett spilltråg 15 på ett värmeisolerande underlag l7. Reaktionscellkroppen innefattar en inre, isolerande cylinder 14, som bildar en cylindrisk, vertikal reaktions- kanunare 12, och en yttre mantel 16, som omsluter och snävt kommer till beröring med den inre cylinderns Reaktionskazmnaren 12 bör vara elektriskt icke ledande och inert med avseende på kemikalier, som införes i cellen, och av detta skäl är den inre cylindern 14 lämpligen framställd av ett hydrofobt, isolerande material, exempelvis polytetra- fluoreten, polyklortrifluoreten eller polypropen. Den yttre Inanteln 16 bör utgöra en god värmeledare för att så som möjligt upprätta en konstant värmegradient längs reaktíonscellens 12 alla delar, och av detta skäl tillverkas manteln lämpligen av en metall, exempelvis vadázee-a aluminium. Givetvis kan dock om så önskas hela Kreaktionscellen fram- ställas av metall odx reaktionskammarens 12 väggar beläggas med något av ovannämnda isolerande material, eller kan cellen helt framställas av ett värmeledande, elektriskt icke ledande material.

Reaktionskammaren 12 är öppen upptill fir mottagande av en pipett eller annan provinsprutningsanordnizxg i ett fixerat läge fór införande av kvantiteter provmaterial, exempelvis blod eller urin, i karnmaren.

Reaktionskammarens botten har omvänt konisk form, och en vertikal passage 18 kommunicerar med kammaren vid kammarbottnens spets. En irxloppspassage 20 och en utloppspassage 22 ligger huvudsakligen i ett horisontalplan fil skär passagen 18. Såsom' kornmer att framgå införas en reaktionskomponent eller ett reagens 24, exempelvis glukosoxidas, i reaktionskammaren 12 genom passagen 20 (och 18), och innehållet i reaktionskaxnnaren drages ut från denna gencm passagen 22 (och 18).

En vätskeaxzalysavkäxxrxingsanordxzing 26 sträcker sig genom en urborr- ning i reaktionscellens 10 vägg med' sin avkänningsände i förbindelse med innehållet i reaktionskammaren 12. *För mätning av glukos- koncentrationen i ett prov kan avkännaren 26 utgöras av en polaro- grafisk syravkännare av konventionell konstruktion enligt de amerikanska patentskrifterna 3 857 771 och 3 701 716. Ett magnetiskt omröringselement 28 är placerat vid reaktionskammarens botten för omröring av kammarirmehållet och roteras på konventionellt sätt av en drivmagnet 30 under reaktionscellen. En fóredragen konstruktion för det magnetiska omröringselernentet visas i den amerikanska patentskriften 3 591 309.

En ledning 32 firbinder inloppspassagen 20 nedtill i reaktionscellen 10 med en reservoar 34, som innehåller det reagens 24, som skall tillföras reaktionskannruaren 12. En pJnIp 36, lämpligen av peristaltisk typ, är anordnad ñr utdmgning av reagenset från reservoaren och fir avgivning av detsamma genom ledningen 32 till reaktionskammaren 12 genom passagerna 20 och 18. Ledningen 32 är lämpligen bildad av en längd 'möjligt rör av ett inert material, exempelvis polytetrafluoreten.

Ledningens 32 ena ände är förbunden med den peristaltiska pumpen 36, medan ledningens motsatta ände sträcker sig genom en gängad, horisontell urborrning 38 i reaktionscellväggen samt bäres däri av en gängad *rylsa 40 i förbindelse med inloppspassagen 20. För detta ändamål vsozzes-a är ledningens ände vidgad utåt och bildar en utåtriktad, ringformig klack 42, som är sammanpressad och tätad kring inloppspassagens 20 periferi av den gängade hylsans 40 inre ände, så att en fluidtät erhålles arkrirxg denna.

För åstadkommande av en på förhand bestämd volym reagens 24 i reaktionskammaren, är en liten horisontell öppning 44 anordnad i reaktionscellens vägg och i förbindelse med reaktionskammaren. En ledning 46 förbinder öppningen 44 med en avfallsreservoar 48. Ledningen 46 kan utgöras av ett böjligt rör liksom ledningen 32. Ledningen 46 bäres i förbindelse med öppningen 44 av en hylsa 50, identiskt lik hylsan 40, som är ingärigad i en horisontell urborrning 52 i reaktions- cellens vägg. En andra peristaltisk pimp 54 är anordnad för utdragnirxg av reagenset 24 från reaktionscellen genom öppningen 44 och ledningen 46 till avfallsreservoaren. Om reagenset 24 först tillföras kammaren 12 ovanför nivån för öppningen 44 såsom anges av en bruten linje i fig. 1, drager pumpen 54 reagenset från cellen, till dess reagensnivån faller till nivån för öppningen 44, vid vilken punkt endast luft kan dragas genom öppningen, varvid en på förhand bestämd volym kvarstannar i kanmaren.

Då innehållet i reaktionskammaren 12 skall avlägsnas efter analys, anslutes en -ledning 56 mellan "avgivningspassagen 22 och avfalls- reservoaren 48. Ledningen 56 bäres av en gängad hylsa i en horisontell urborrning (ingendeza visad) i förbindelse med avgivningspassagen 22 på samma sätt som ledningarna 32 och 46. En tredje peristaltisk pump 58, som är ansluten till ledningen 56, är anordnad för att pumpa innehållet i kamnaren 12 till avfallsreservoaren.

Reaktionscellen 10 innefattar värmeorgan på reaktionscellen för reglering av cellens ternperatur och av temperaturen hos det reagens 24, som avges till reaktionskammaren 12. Välrmeorganen irmefattar ett värme- element 60, en vèirmeavkännare 62 och en värmereglerarxordning 64. Värme- regleranordningen är ansluten till värmeelementet genom ett par ledare 66 och till värmeavkännarera genan ett par ledare 68.

För att rymma värmeorganen innefattar den övre änden av reaktionscellen 10, särskilt dess yttre mantel 16, ett inåt firlöpande ringformigt urtag 70, vars inre yta 72 cylindriskt omsluter reaktions- kaïnmaren l2. Med urtaget 70 bildar reaktionscellens övre ände en spol- ' a 7802268-8 formad del. Värmeelementet 60, exempelvisen värmetråd av nikrozn, är lindad ett flertal gånger runt och på den cylindriska ytan 72 i urtaget 70. Före lindningen av värmeelementet kan en remsa elektriskt isolerande band 73 (fig. 2) lindas runt, ytan 72 för erhållande av elektrisk isolering mellan värmeelementet och aluminiummantelns 16 kropp. I mantelns 16 vägg finnæ en urskärrxing 74 mellan vänneelementet 60 och reaktalonskaxrunaren 12 för mttagarlde av värmeavkännaren 62. Med detta arrangemang ledes värme, som alstras av värmeelementet 60, av manteln 16 över hela längden av reaktionscellen, och temperaturen vid -ett ställe inom cellväggen övervakas av avkännaren 62. Värmeregler- anordningen 64 arbetar på konventionellt sätt och matar värmeelementet 60 som gensvar på en återkopplingssignal från värmeavkärnrxaren 62, så att cellterrperaturen hålles vid ett på förhand bestämt värde.

Ledningen 32, genom vilken reagenset 24 tillföres reaktionskaznrnaren 12, är lindadkring reaktionscellens spoldel ett flertalgånger i kontakt med värmeelementet 60 såscm visas i figurerna. Ledningen 32 är inbakad på plats kring värmeelementet 60 med ett qnxirnaterial 76, som innehåller aluminiumpartflclar och fyller utrymmena mellan och kring ledníngsvarven såsom visas i fig. 2. På detta sätt värmer elementet 60 förutom reaktionscellväggen även den, lindade delen av reagensledningen 32 och i denna ledning befintligt reagens. Som följd härav förvärmes reagenset 24 i ledningen och drives sålunda mot den önskade, på förhand bestämda terrperaturen, innan reagenset pumpas in i reaktionskaxrrraren.

Vid den föredragna utfdringsforxnm, där reagensvolymer av storleks- ordningen en milliliter skall avges till reaktionskammaren 12, innefattar ledningen 32 ett rör med inner- od1 ytterdiametrar av 1,02' respektive l,9l millimeter. Ledningen 32 är lindad kring ytan 72 i urbaget 70 ett tillräckligt antal gånger fir att reagensets 24 volym i den lindade ledningen skall vara åtminstone lika med den på förhand bestämda reagerxsvolyïn, som skall avges till reaktionskamrvaren.

Då anordningen arbetar och under antagande av att reaktionscellen 12 är tom påverkas den peristaltiska pumpen 36 så, att den pumpar en på förhand bestämd mängd reagens till reaktionskammaren 12 till en nivå över öppningen 44. Det sålunda avgivna reagenset har förvärmts före avgivningen till den lindade delen av ledningen 32 i beröring med värmeelementet _60. Därefter påverkas den peristaltiska pumpen 54 så, 7802268--8 att den drager reagens från cellen genom öppningen 44, till dess en på förhand bestämd reagensvolym vid nivån för öppningen upprättats.

Då reaktionscellens 10 och reagensets 24 temperatur sålunda stabiliserats fortsätter analysoperationen genom att den magnetiska omröraren 28 startas, en på förhand bestämd volym prov insprutas i kammaren 12 genom dess öppna övre ände för reaktion med reagenset 24 samt reaktionen övervakas medelst avkännaren 26, så att ett mått på provkomponenterx av intresse erhålles på konventionellt sätt. Sedan analysen fullbordats, startas den peristaltiska pumpen 58, så 'att den tömmer cellen på innehållet. Om så önskas kan cellen därefter fyllas och tömmas en eller flera gånger med reagens 24 eller en lämplig sköljningslösning, så att kammaren fullständigt sköljes. Därefter upprepas cykeln, och kammaren fylles åter med en på förhand bestämd reagensvolym för en påföljande provanalys. Såsom tidigare har det sålunda införda reagenset förvärmts i ledningen 32 under den period, då den föregående provanalysoperationen utfördes. I praktiken och med begagnande av den ovan beskrivna föredragna korlstrziktionen förvärmes reagensvolyrn av en milliliter från rumstemperatur av ungefär 20°C till en önskad reaktionstemperatur av ungefär 37°C på ungefär 30 sekmmder i den förvärmarkonfiguration, som bildas av kammaren 32.

Av det firegående torde framgå, att föreliggande uwfinning erbjuder temperaturreglering för en kemisk reaktionscell 10 och reaktions- komponent 24, som skall reageras däri, och för vilken utnyttjas ett 'vanligt värmeelement för värmning av såväl cellen som reaktions- komponenten. Arrangemanget eliminerar behovet av ett luftbad av reglerad temperatur eller av separata reaktionscell- och reaktions- komponenttemperaturregleranordningar. Reagensreservoaren 34 kan även kylas för förhindrande av försämring av reagenset före användningen.

Medan för värmningen enligt ovan begagnas ett värmeelement 60, kan givetvis elementet 60 alternativt utgöras av ett kylelement, exempelvis ett termoelektriskt element, eller utgöras av kombinationer av värme- och kylelement för tillämpningar, som erfordrar reducerade temperaturer.

För den beskrivna utföringsformen av uppfinningen utgöres av- kännaren 26 av en polarografisk syreavkäxmare enligt ovannämnda patent- skrifter. Givetvis kan emellertid förutom eller i stället för en sådan 7802268-8 syreavkännare andra avkänningsorgan, exempelvis elektrokemiska av- kärxnare eller elektroder för elektrolytisk konduktansmätning, monteras direkti reaktionskammaren 12 i kontakt med det däri befintliga reagenset. Dessutom kan reaktionscellens väggar göras optiskt genom- skinliga för medgivande av optisk avkänning av ljusabsorption, ljus* spridning. fluorescens eller liknande. Typen av avkärxnare bestämmas av den typ av analys, som utföres och av beskaffenheten av den kemiska reaktion, som äger rum. Fördelarna med föreliggande uppfinning, avgivning av på förhand bestämda volymer av reagens vid reglerade ternperaturer i en cell, vars temperatur regleras, fireligger oberoende av vilken typ av avkännixxgsorgan som begagnas. Även om ovan angivits en sidoöppnirxg i väggen hos reaktionskammaren och-'utgörande avtappnings- öppningen 44 kan ett vertikalt rör, vars öppna nedre ände befinner sig vid sidoöppningens läge, arbeta lika väl och skall innefattas i begreppet avtflppningsöppning- _ Den beskrivna, föredragna utföringsformenav uppfinningen kan sålunda på rrånga sätt varieras och-rnodifieras inon ramen för denna.

Claims (2)

7802268 -8 PATENTKRAV

1. Kemisk reaktionsanordning för analys av biologiska prov med en reaktionscell (10) med en kammare (12) för mottagande av i en kemisk reaktion deltagande komponenter för reaktion vid en på förhand bestämd temperatur, en inloppspassage (18, 20) i förbindelse med kammaren, en reaktionskomponentreser- voar (34) samt ledningsorgan (32) mellan reservoaren och in- loppspassagen för förande av reaktionskomponenterna till kam- maren, k ä n n e t e c k n a d av att reaktionscellen (10) innefattar ett block (16), i vilket reaktionskammaren (12) sträcker sig i huvudsak vertikalt och som utvändigt är försett med ett inâtgâende urtag (70), som omsluter kammaren och bil- dar en utåtvänd, cylindrisk ytteryta (72) hos blocket, kring vilken är lindat ett värmeelement (60) och kring detta en av ett rör bestående del av nämnda ledningsorgan (32) i avsikt att driva reaktionskomponenternas temperatur mot den på för- hand bestämda temperaturen, innan reaktionskomponenterna tillföres kammaren.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t'e c k n a d av värmeavkännande organ (62) nära kammaren (12), värmeele- menuï(60) och nämnda ledningsrördel för reglering av värme- elementets arbetssätt.