WO2002016906A1 - Vorrichtung zur vollautomatischen festphasenextraktion - Google Patents

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WO2002016906A1
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needles
needle
grid
cartridge
pressure
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PCT/DE2001/003147
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Thomas Moore
Uwe Naumann
Wolfgang Krämer
Peter Zimmermann
Sebastian Pobering
Holger Licht
Gerd Ebert
Ralf Thiericke
Ingrid Schmid
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Cybio Instruments Gmbh
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    • G01N35/1065—Multiple transfer devices
    • G01N35/1074—Multiple transfer devices arranged in a two-dimensional array

Definitions

  • the process of solid phase extraction enables the separation of complex substance mixtures, such as mixtures of microorganisms, plant and animal samples and synthesis mixtures from combinatorial and parallelized synthesis for the subsequent analysis.
  • the separation process consists in that the complex mixture of substances is first adsorbed on suitable extraction phases, then separated by elution in one or more separation steps, each with one or more separation stages, and the fractions obtained are concentrated if necessary by a further SPE step or to a desired solvent can be set.
  • the complex workflows in the implementation of the solid phase extraction process always include the same process steps as the conditioning of the extraction phases (including sorbent, resins or separation phases), the feeding of the samples, the washing and elution.
  • the same procedural steps, which sometimes run several times in different sequences, are generally good for automation.
  • the cartridges are each sealed individually and independently of one another.
  • STRATEC Elektronik GmbH offers a VIVACE automatic pipetting machine with an FEX expansion module, which is suitable for carrying out the SPE process.
  • a suitable tool is placed gas-tight from one of the two pipetting arms of the VIVACE onto the upper end of the column (cartridge end) and the necessary pressure is built up with a suitable inert gas.
  • the two pipetting arms are each equipped with a pipetting needle.
  • the pipetting needle can be freely positioned within a plane via the linear adjustment of the pipetting needle on the pipetting arm in a coordinate direction and the movement of the pipetting arm in a coordinate direction perpendicular thereto. This allows pipetting from almost all common tubes. Regardless of the circumference of the tubes and their spacing from one another as they are positioned below the pipetting arm, the pipette tip can be moved to the tubes so that it is exactly in the middle above the tubes.
  • the need to use vessels of different sizes results from the different volumes, which are dependent, for example, on their concentration, which are to be picked up and dispensed via the pipetting needle.
  • the total volume to be absorbed must be absorbed by completely emptying a vessel.
  • the tubes for receiving (sample tubes) and dispensing (cartridges) are available as single tubes, also in a magazine (rack) in a two-dimensional arrangement with grid dimensions (center distances) axb (a should be the grid dimension in a row and b the grid dimension of the in arranged in a column).
  • the grid dimensions are adapted to those of commercially available microtitration plates or other multi-vessel systems.
  • No device for carrying out the SPE method is known from the prior art which is suitable for taking up the substances from two-dimensional arrangements of sample vessels of different grid dimensions with a two-dimensional needle arrangement and dispensing them under pressure into a two-dimensional cartridge arrangement.
  • the invention has for its object to provide a device with a two-dimensional needle arrangement which is suitable for removing substances from a two-dimensional arrangement of sample vessels or sample vessel chambers and dispensing them under pressure into a two-dimensional arrangement of cartridges or cartridge chambers.
  • the arrangement of the sample vessels or sample vessel chambers and the cartridges or Cartridge chambers should expediently consist of 96, 48 or 24 cartridges or cartridge chambers which have grid dimensions with respect to one another, equal to the grid dimension of commercially available 96-well microtitration plates, 48 or 24-well multi-vessel systems with the base area of microtitration plates.
  • This object is essentially achieved for a device for automatically carrying out the SPE method according to the preamble of claim 1 in that there is a two-dimensional needle arrangement with grid dimensions axb, from which needle groups are formed by means of a selection mechanism, with grid dimensions equal to a and b or a multiple of a and b, so that they can be coupled to a vertical drive and optionally lowered for substance absorption.
  • the grid dimensions can be both the same and an uneven multiple of a in the column and row direction, which results from the use of sample vessels or sample vessel chambers with a rectangular cross section.
  • a cartridge seal is provided, which also seals the upper openings of the cartridges or cartridge chambers with different cross sections with a planar seal and a radial seal towards the circumference of the needles.
  • Fig. 2 shows a section of a device in interaction with a cartridge block with the grid dimensions axa
  • Fig. 3 is a section of a device in conjunction with a 'cartridge block with the modular dimensions 2a
  • a device according to the invention for the automatic implementation of the SPE method is a device which can be described well on the basis of the different functions as a combination of several different modules.
  • selection mechanics and cartridge seal there are also modules such as have been expertly optimized for a device according to the invention, derived from the prior art.
  • the essential part of the needle head is a two-dimensional needle arrangement, which can be moved vertically by means of a vertical needle drive, preferably with 96 needles, which are arranged in a grid of 8 x 12 with the grid dimensions axa and correspond to the grid and grid dimensions of a 96 microtitration plate.
  • a vertical needle drive preferably with 96 needles, which are arranged in a grid of 8 x 12 with the grid dimensions axa and correspond to the grid and grid dimensions of a 96 microtitration plate.
  • Each individual needle forms a syringe system connected to a hose system, a storage container and a pump syringe.
  • Several syringe systems can be connected to one drive or each syringe system can be connected to its own drive. Accordingly, both a simultaneous volume uptake in all syringe systems and a group uptake or uptake in only individual syringe systems can take place.
  • each syringe system has a pressure sensor and a valve that can open the system to normal ambient pressure.
  • the pressure syringe itself displaces air or a gas.
  • the storage container is protected against the pressure syringe with a splash guard and an aerosol filter.
  • the needle vertical drive is coupled to the needles via a selection mechanism. Depending on the position of the selection mechanism, different needle groups are coupled or uncoupled to the vertical needle drive.
  • a first group of needles is formed from all needles (8x12), i.e. the needle group has the grid dimensions a x a (a is equal to the grid dimension of a 96 microtitration plate)
  • the second to fifth needle group is formed by 24 needles (4x6) each.
  • These groups of 24 needles have grid dimensions of 2a x 2a, which is achieved by only coupling every second needle in each direction of the needle arrangement. The higher grid size enables the intake and delivery into vessels with a larger cross-section.
  • the selection mechanism can also be designed such that groups of 6 needles with a grid dimension of 4a x 4a, groups of 12 needles with a grid dimension of 2a x 4a etc. are formed.
  • An advantageous embodiment for a selection mechanism will be described in more detail below. Between the columns formed by twelve needles 4, a stack of three stacked register rails which are displaceable in the column direction is inserted.
  • Each stack consists of a first register rail 1, on which twelve driver lugs 11 with a width smaller than a / 2 and with a grid dimension a are formed opposite each other over their length on both sides, and a second and third grid rail 2; 3 with trained on one side four driver lugs 1 1 of the same width as that of the first grid rail 1 and in the grid dimension of 2a to each other.
  • the first register rails 1 are connected to a first drive, the second 2 to a second and the third 3 to a third drive.
  • the register rails 1; 2; 3 are positioned relative to one another in such a way that one of the five needle groups is coupled via the optional activation of the three drives, which each cause a step of length a / 2 in one direction in the opposite direction from a zero position.
  • the coupling is created in each case by the installation of two driver lugs 11 on a collar 5 formed on one of the needles 4 for this purpose.
  • 1.1 to 1.3 show the possible positions of the individual register rails.
  • 1 shows the first register level, in which the first register rails 1 are positioned in a zero position and shifted by half the pitch a / 2. While the driver lugs 11 in the zero position are not in contact with any needle 4, in the position shifted by a / 2, all driver lugs 11 lie on a collar 5 of a needle 4, so that all needles 4 are coupled via two driver lugs 11 , At the same time, the second and third register rails 2, 3 are in their zero position. To lower one of the 24 needle groups, the first register rails 1 must be moved back to their zero position and the second and third register rails 2, 3 must be brought into engagement with the needles 4.
  • the selection mechanism described is an advantageous, robust design and enables quick and safe needle group formation.
  • Fig. 2 the positioning of the selection mechanism to the needles 4 and the formation of the bundles 5 on the needles 4 is shown in a side view.
  • the cartridge seal (FIG. 2), which has the task of sealing a cartridge block 7 positioned below it against the circumference of the needles 4 of the needle arrangement. It consists of two functionally independent seals, a planar and a radial seal.
  • the planar seal is formed by a sealing plate 6, the outer dimensions of which correspond to the outer dimensions of a cartridge block 7 are coordinated and which is provided with a hole arrangement of 96 holes with the grid dimensions axa to each other.
  • the sealing plate 6, for example consisting of an elastomer, is firmly connected to a first pressure plate 8, which, like a second pressure plate 9 arranged above it, has the same hole arrangement as the sealing plate 6.
  • the holes have a diameter larger than the needle diameter, so that the needles 4 can be passed through the plates uninhibited.
  • the entire cartridge seal can be moved vertically in order to lift it off from the cartridge block 7 or place it on the latter.
  • the second pressure plate 9 is displaceable towards the first in order to be between the two pressure plates 8; 9 located, each enclosing a needle 4 to deform O-rings 10.
  • the inner diameter of the O-rings 10 becomes smaller as the distance between the printing plates becomes smaller due to the increasing pressure and thus seals the needles 4 along their circumference.
  • One or two drives can be provided for the vertical movement of the entire cartridge seal and the second pressure plate 9 within the cartridge seal.
  • Embodiment is generated by mechanical pressure, by pneumatic
  • the second pressure plate 9 is arranged at a fixed distance from the first pressure plate 8. There is a pressure chamber between the two pressure plates 8, 9, in which an excess pressure is generated via a compressed air control. 96 tubes, through which the needles 4 are guided, run through this chamber. With increasing pressure in the chamber, the
  • the pressure chamber is opened or a vacuum is applied.
  • the substance previously absorbed by the needles 4 is pressed through the extraction phases in the cartridges by means of positive pressure.
  • modules of the overall device which have not yet been explained in detail, such as lifting and transporting devices and storage units for storing and storing a wide variety of vessels, are known in principle from the prior art and are only expertly optimized for a device according to the invention.
  • All vessels from which substances are absorbed or into which substances are released must, unless they have an opening larger than the area formed by the needle arrangement, be arranged in the grid dimensions axa or a multiple of a in relation to one another so that a defined receptacle and / or delivery of the substance can take place with a needle group.
  • These vessels are advantageously sample vessel or cartridge chambers of sample vessel or cartridge blocks.
  • the blocks can be injection molded parts, the base dimensions of which correspond to those of a microtitration plate and the chambers formed have a round or rectangular cross section.
  • Blocks of this type are particularly suitable since the upper openings of the vessels are necessarily in one plane and thus a uniform planar seal is possible without further measures. It is less suitable, but in principle possible, that the vessel arrangement is formed by individual vessels, which are positioned relative to one another in a magazine in a grid dimension a x b or a multiple of a and b.
  • the receptacles can have both a rectangular and a round cross-section since only one needle is lowered in the middle of each receptacle using the selection mechanism.
  • a round cross section could at least be arranged in the grid dimensions problematic not equal to axb. It must then be ensured via the dimensioning of the diameter that when the cartridge seal is placed on the upper openings of the cartridges, on which a collar is basically formed, all holes of the sealing plate lie in the inner cross section of the cartridges in order to ensure a secure seal.
  • FIG. 2 When using a cartridge block with the grid dimensions axa, it can be clearly seen from FIG. 2 that one of the needles 4 projects into the cartridge chamber through the cartridge seal. If the grid dimensions of the cartridge block are equal to 2a x 2a as shown in FIG. 3, four needles 4 each protrude into a cartridge chamber.
  • the cartridge chambers can be filled under pressure either with all four needles 4 or with fewer, even only one needle 4, since the individual needles 4 with their associated syringe system represent a pressure-tight, closed structure.

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Abstract

Vorrichtung zur automatischen Durchführung des SPE-Verfahrens mit einer zweidimensionalen Nadelanordnung, die geeignet ist, Substanzen aus unterschiedlichen zweidimensionalen Probengefässanordnungen zu entnehmen und in eine zweidimensionale Kartuschenanordnung unter Druck abzugeben.

Description

Vorrichtung zur vollautomatischen Festphasenextraktion
Das Verfahren der Festphasenextraktion (solid phase extraction = SPE) ermöglicht das Auftrennen von komplexen Stoffgemischen, wie Gemische aus Mikroorganismen, pflanzlichen und tierischen Proben und Synthesegemische aus der kombinatorischen und parallelisierten Synthese für die nachfolgende Analytik. Das Trennverfahren besteht darin, dass das komplexe Stoffgemisch zunächst an geeigneten Extraktionsphasen adsorbiert, dann durch Elution in einem oder mehreren Trennschritten mit jeweils einer oder mehreren Trennstufen aufgetrennt wird und die gewonnenen Fraktionen bei Bedarf durch einen weiteren SPE-Schritt aufkonzentriert bzw. auf ein gewünschtes Lösungsmittel eingestellt werden.
Die komplexen Arbeitsabläufe bei der Durchführung des Verfahren der Festphasenextraktion umfassen stets die gleichen Verfahrensschritte wie die Konditionierung der Extraktionsphasen (auch Sorbens, Harze oder Trennphasen), das Zuführen der Proben, das Waschen und Eluieren. Gleiche Verfahrensschritte, die zum Teil mehrfach in unterschiedlicher Folge ablaufen, bieten sich grundsätzlich gut für eine Automatisierung an.
Da bei vielen Anwendungen der SPE die zugeführten Substanzen (Proben oder Lösungsmittel) nicht allein aufgrund der Schwerkraft durch die Extraktionsphase fließen, wird die Substanz durch Erzeugung eines Unterdrucks unterhalb der Extraktionsphase bzw. eines Überdrucks oberhalb der Extraktionsphase durch diese hindurch gezwungen. Für beide Prinzipien gibt es inzwischen gerätetechnische Lösungen. Dabei haben sich Systeme mit einer Unterdruckabsaugtechnik als nachteilig erwiesen. Der erzeugbare Unterdruck bleibt auf ein Bar begrenzt und der Druckausgleich findet bei mehreren Kartuschen pro Vakuumkanal durch die am besten „laufenden" Kartuschen (eine Extraktionsphase beinhaltendes Gefäß) statt, so dass es bei schlecht „laufenden" Kartuschen oft nicht zu einer vollständigen Elution kommt. Besonders bei biologischen Proben ist die Viskosität und der Partikelanteil oft so ungünstig, dass bei der simultanen Durchführung des Verfahrens in mehreren Kartuschen mit der Unterdruckabsaugtechnik einige Kartuschen unvollständig eluieren (z.B. Nachr. Chem. Tech. Lab.44 ;1969; Nr. 4; Seite M 18).
Bei bekannten Vorrichtungen, welche mit einem Überdruck die Probe durch die Extraktionsphase pressen, werden die Kartuschen jeweils einzeln, voneinander unabhängig abgedichtet. Z.B. bietet die Firma STRATEC Elektronik GmbH einen Pipettierautomaten VIVACE mit einem Erweiterungsmodul FEX an, der zur Durchführung des SPE-Verfahrens geeignet ist. Zur Erzeugung eines positiven Druckes auf die Extraktionsphase wird ein entsprechendes Werkzeug von einem der beiden Pipettierarme des VIVACE auf das obere Säulenende (Kartuschenende) gasdicht aufgesetzt und der notwendige Druck mit einem geeigneten Inertgas aufgebaut. Die beiden Pipettierarme sind jeweils mit einer Pipettiernadel ausgestattet. Über die lineare Verstellung der Pipettiernadel am Pipettierarm in eine Koordinatenrichtung und das Verfahren des Pipettierarmes in eine dazu senkrechte Koordinatenrichtung ist die Pipettiernadel innerhalb einer Ebene frei positionierbar. Dadurch kann aus nahezu allen gängigen Gefäßen pipettiert werden. Unabhängig vom Umfang der Gefäße und deren Abständen zueinander wie sie unterhalb des Pipettierarmes positioniert werden, kann die Pipettenspitze so zu den Gefäßen verfahren werden, dass sie exakt mittig über den Gefäßen steht. Der Bedarf der Verwendung von Gefäßen mit einem unterschiedlichen Umfang ergibt sich aus den unterschiedlichen Volumina, die z.B. abhängig sind von deren Konzentration, die über die Pipettiernadel aufgenommen und abgegeben werden sollen. Zur sparsamen Verwendung von Substanzen und reproduzierbaren Volumenaufnahme muss das aufzunehmende Gesamtvolumen durch vollständige Entleerung eines Gefäßes aufgenommen werden. Da der dabei erforderliche relative Hub zwischen der Pipettiernadel und dem Gefäßboden möglichst gering und konstant sein sollte, unabhängig vom Fassungsvermögen der Gefäße, besteht der Bedarf, Gefäße gleicher Höhe mit einem unterschiedlichen Umfang zu verwenden, die ein entsprechend unterschiedliches Fassungsvermögen haben. Hingegen könnten Gefäße zur Abgabe der Substanz grundsätzlich auch bei unterschiedlichem Fassungsvermögen den gleichen Umfang, jedoch eine andere Höhe aufweisen, da zur Abgabe in die Gefäße ein Eintauchen nicht erforderlich ist. Für eine Automatisierung ist jedoch auch hier ein konstanter Hub vorteilhaft, so dass auch hier der Bedarf besteht, Gefäße mit unterschiedlichem Umfang verwenden zu können.
Die Gefäße zur Aufnahme (Probengefäße) und Abgabe (Kartuschen) sind als Einzelgefäße, auch bereits in einem Magazin (rack) in einer zweidimensionalen Anordnung mit Rastermaßen (Mittenabständen) a x b erhältlich (a soll das Rastermaß der in einer Reihe und b das Rastermaß der in einer Spalte angeordneten Gefäße sein).
Alternativ zur zweidimensionalen Anordnung von Einzelgefäßen gibt es monolithische Probengefäß- und Kartuschenblöcke, bei denen die eigentlichen Gefäße durch Kammern mit den Rastermaßen a x b gebildet werden.
Der Querschnitt der Einzelgefäße und Kammern ist üblicherweise rund oder rechteckig. Auch mehreckige Formen sind bekannt. Bei Anordnungen mit rundem und quadratischem Querschnitt ist a=b. Die Rastermaße sind denen handelüblicher Mikrotitrationsplatten oder anderen Multigefäßsystemen angepasst.
Für die Automatisierung einer simultanen Probenaufnahme und -abgäbe aus und in Gefäßanordnungen unterschiedlicher Rastermaße stellt sich das besondere Problem dar eine Nadelanordnung zu schaffen, die geeignet ist, diese Gefäße zu entleeren und zu befüllen und auch gegenüber solchen abgedichtet werden kann.
Aus dem Stand der Technik ist keine Vorrichtung zur Durchführung des SPE- Verfahrens bekannt, die geeignet ist, mit einer zweidimensionalen Nadelanordnung die Substanzen aus zweidimensionalen Anordnungen von Probengefäßen unterschiedlicher Rastermaße aufzunehmen und unter Druck in eine zweidimensionale Kartuschenanordnung abzugeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einer zweidimensionalen Nadelanordnung zu schaffen, die geeignet ist, Substanzen aus einer zweidimensionalen Anordnung von Probengefäßen bzw. Probengefäßkammern zu entnehmen und in eine zweidimensionale Anordnung von Kartuschen bzw. Kartuschenkammern unter Druck abzugeben. Die Anordnung der Probengefäße bzw. Probengefäßkammern und der Kartuschen bzw. Kartuschenkammern soll zweckmäßigerweise aus 96 , 48 oder 24 Kartuschen bzw. Kartuschenkammern bestehen, die zueinander Rastermaße aufweisen, gleich dem Rastermaß von handelsüblichen 96er Mikrotitrationsplatten, 48er oder 24er Multigefäßsystemen mit der Grundfläche von Mikrotitrationsplatten. Darüber hinaus soll die Möglichkeit bestehen, über jede einzelne Nadel oder Nadelgruppen andere Substanzen aufzunehmen.
Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung zur automatischen Durchführung des SPE- Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 im Wesentlichen dadurch gelöst, dass eine zweidimensionale Nadelanordnung mit Rastermaßen a x b vorhanden ist, aus der mittels einer Auswahlmechanik Nadelgruppen gebildet werden, mit Rastermaßen gleich a und b oder einem Vielfachen von a und b, so dass diese mit einem Vertikalantrieb verkoppelt wahlweise zur Substanzaufnahme abgesenkt werden können. Die Rastermaße können in Spalten- und Zeilenrichtung sowohl das gleiche als auch ein ungleiches vielfaches von a sein, was sich aus der Verwendung von Probengefäßen bzw. Probengefäßkammern mit einem rechteckigem Querschnitt ergibt. Um die aufgenommene Substanz unter Druck in die Kartuschen zu füllen, ist eine Kartuschendichtung vorhanden, welche die oberen Öffnungen der Kartuschen bzw. Kartuschenkammern auch mit unterschiedlichem Querschnitt mit einer planaren Dichtung und einer radialen Dichtung zum Umfang der Nadeln hin abdichtet.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
Fig.1 drei verschiedene Positionen der Registerschienen einer Auswahlmechanik zu den Nadeln der Nadelanordnung
Fig. 2 ein Ausschnitt aus einer Vorrichtung im Zusammenspiel mit einem Kartuschenblock mit den Rastermaßen a x a Fig. 3 ein Ausschnitt aus einer Vorrichtung im Zusammenspiel mit einem ' Kartuschenblock mit den Rastermaßen 2a
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur automatischen Durchführung des SPE- Verfahrens ist eine Vorrichtung, die sich anhand der unterschiedlichen Funktionen als Kombination mehrerer unterschiedlicher Module gut beschreiben lässt. Zu den erfindungswesentlichen Modulen: Auswahlmechanik und Kartuschendichtung kommen Module hinzu, wie sie aus dem Stand der Technik abgeleitet fachmännisch für eine erfindungsgemäße Vorrichtung optimiert wurden. Dies betrifft den kompletten Nadelkopf mit einem Nadelvertikalantrieb, eine Aushebe- und Transporteinrichtung für Gefäße wie Vorrats- und Abfallbehälter, Magazine mit Probengefäßen oder Kartuschen, sowie Mikrotitrationsplatten und andere Multigefäßsyteme im Mikrotitrationsplattenformat, wie Probengefäß- oder Kartuschenblöcke, sowie Speichereinheiten wie Stacker, Stackerkarussels oder sogenannte Hotels für die genannten Gefäße.
Funktioneil wesentlich am Nadelkopf ist eine zweidimensionale, mittels eines Nadelvertikalantriebs vertikal bewegliche Nadelanordnung, mit vorzugsweise 96 Nadeln, die in einem Raster von 8 x 12 mit den Rastermaßen a x a angeordnet gleich dem Raster und den Rastermaßen einer 96er Mikrotitrationsplatte entsprechen. Jede einzelne Nadel bildet mit je einem Schlauchsystem, je einem Vorratsbehälter und je einer Pumpenspritze verbunden ein Spritzensystem. Es können mehrere Spritzensysteme mit einem Antrieb oder auch jedes Spritzensystem mit einem eigenen Antrieb verbunden sein. Entsprechend kann sowohl eine simultane Volumenaufnahme in alle Spritzensysteme, als auch eine gruppenweise Aufnahme oder Aufnahme in nur einzelne Spritzensysteme erfolgen. Zur Überwachung des Drucks verfügt jedes Spritzensystem über einen Drucksensor und ein Ventil, welches das System gegenüber Normaldruck der Umgebung öffnen kann. Die Druckspritze selbst verdrängt Luft oder ein Gas. Der Vorratsbehälter ist gegenüber der Druckspritze mit einem Spritzschutz und einem Aerosolfilter geschützt. Der Nadelvertikalantrieb ist über eine Auswahlmechanik mit den Nadeln verkoppelt. Je nach Position der Auswahlmechanik sind verschiedene Nadelgruppen mit dem Nadelvertikalantrieb verkoppelt bzw. entkoppelt.
Im konkreten Ausführungsbeispiel wird eine erste Nadelgruppe von allen Nadeln (8x12) gebildet, d.h. die Nadelgruppe hat die Rastermaße a x a (a ist gleich dem Rastermaß einer 96er Mikrotitrationsplatte) die zweite bis fünfte Nadelgruppe wird gebildet von jeweils 24 Nadeln (4x6). Diese 24er Nadelgruppen haben Rastermaße von 2a x 2a, was dadurch erreicht wird, dass nur jede zweite Nadel in jeder Richtung der Nadelanordnung verkoppelt wird. Das höhere Rastermaß ermöglicht die Aufnahme und auch Abgabe in Gefäße mit einem größeren Querschnitt.
Die Auswahlmechanik kann in anderen Ausführungsformen auch so ausgelegt sein, dass 6er Nadelgruppen mit einem Rastermaß von 4a x 4a, 12er Nadelgruppen mit dem Rastermaß von 2a x 4a usw. gebildet werden. Eine vorteilhafte Ausführung für eine Auswahlmechanik soll nachfolgend näher beschrieben werden. Zwischen den von zwölf Nadeln 4 gebildeten Spalten ist jeweils ein Stapel von drei übereinander liegenden in Spaltenrichtung verschiebbaren Registerschienen eingefügt. Jeder Stapel besteht aus einer ersten Registerschiene 1 , an der über ihre Länge beidseitig jeweils gegenüberliegend zwölf Mitnehmernasen 1 1 mit einer Breite kleiner a/2 und im Rastermaß a zueinander ausgebildet sind, sowie einer zweiten und dritten Rasterschiene 2;3 mit auf einer Seite ausgebildeten vier Mitnehmernasen 1 1 gleicher Breite, wie die der ersten Rasterschiene 1 und im Rastermaß von 2a zueinander ausgebildet. Die ersten Registerschienen 1 sind mit einem ersten, die zweiten 2 mit einem zweiten und die dritten 3 mit einem dritten Antrieb verbunden. Die Registerschienen 1 ; 2; 3 sind zueinander so positioniert, dass über die wahlweise Ansteuerung der drei Antriebe, welche jeweils aus einer Nullstellung heraus einen Schritt der Länge a/2 in eine Richtung im entgegengesetzten Richtungssinn bewirken, jeweils eine der fünf Nadelgruppen verkoppelt ist. Die Verkopplung entsteht jeweils durch die Anlage zweier Mitnehmernasen 1 1 an einem an je einer der Nadeln 4 zu diesem Zwecke ausgebildeten Bund 5.
In den Fig. 1.1 bis 1.3 sind die möglichen Positionen der einzelnen Registerschienen dargestellt. Fig. 1 zeigt die erste Registerebene, in der die ersten Registerschienen 1 in einer Nullstellung und in einer um das halbe Rastermaß a/2 verschoben positioniert sind. Während die Mitnehmernasen 1 1 in der Nullstellung mit keiner Nadel 4 in Kontakt stehen, liegen in der um a/2 verschobenen Position alle Mitnehmernasen 1 1 auf einem Bund 5 einer Nadel 4 an, so dass alle Nadeln 4 über zwei Mitnehmernasen 1 1 verkoppelt sind. Gleichzeitig befinden sich die zweiten und dritten Registerschienen 2,3 in ihrer Nullstellung. Zum Absenken einer der 24er Nadelgruppen müssen die ersten Registerschienen 1 in ihre Nullstellung zurück bewegt werden und die zweiten und dritten Registerschienen 2, 3 in Eingriff mit den Nadeln 4 gebracht werden. Durch die jeweils spiegelsymmetrische Positionierung der Registerschienen 2, 3 in der zweiten und dritten Registerebene, wie sie in den Fig. 1.2 und 1.3 aufgezeigt sind, ist nach Verschiebung der Registerschienen 2, 3 aus der Nullstellung um a/2 oder -a/2 jeweils jede zweite Nadel 4 jeder zweiten Spalte verkoppelt. D.h. wenn die zweiten Registerschienen 2 um a/2 verschoben sind und sich die anderen Registerschienen 1, 3 in ihrer Nullstellung befinden, sind die Nadeln 4 mit den Koordinaten B:d; D:d; B:f; D:f u.s.w. verkoppelt. Bei Verschiebung um -a/2 ist entsprechend die Nadelgruppe mit den Nadeln 4 der Koordinaten A:d; Cd; A:f; C:f u.s.w. verkoppelt. Analog wird eine Verkopplung der Nadeln 4 der Spalten c und e mit der Positionierung der dritten Registerschienen 3 bewirkt. Anstelle der drei genannten Antriebe können auch ein oder zwei Antriebe vorgesehen sein, die wahlweise die Registerschienen antreiben.
Die beschriebene Auswahlmechanik ist eine vorteilhafte robuste Ausführung und ermöglicht eine schnelle und sichere Nadelgruppenbildung. In Fig. 2 ist die Positionierung der Auswahlmechanik zu den Nadeln 4 und die Ausbildung der Bunde 5 an den Nadeln 4 in Seitenansicht dargestellt.
Unterhalb der Nadelanordnung befindet sich die Kartuschenabdichtung (Fig.2), welche die Aufgabe hat, einen darunter positionierten Kartuschenblock 7 gegenüber dem Umfang der Nadeln 4 der Nadelanordnung abzudichten. Sie besteht aus zwei funktioneil unabhängigen Dichtungen, einer planaren und einer radialen Dichtung. Die planare Dichtung wird von einer Dichtplatte 6 gebildet, deren Außenabmessungen auf die Außenmaße eines Kartuschenblocks 7 abgestimmt sind und die mit einer Lochanordnung von 96 Löchern, mit den Rastermaßen a x a zueinander angeordnet, versehen ist. Die Dichtplatte 6, z.B. bestehend aus einem Elastomer, ist fest mit einer ersten Druckplatte 8 verbunden, die ebenso wie eine zweite, darüber angeordnete Druckplatte 9, eine gleiche Lochanordnung aufweist wie die Dichtplatte 6.
Die Löcher weisen einen Durchmesser größer dem Nadeldurchmesser auf, damit die Nadeln 4 ungehemmt durch die Platten geführt werden können. Die gesamte Kartuschenabdichtung ist vertikal beweglich, um sie vom Kartuschenblock 7 abzuheben bzw. auf diesem aufzusetzen. Darüber hinaus ist die zweite Druckplatte 9 zur ersten hin verschiebbar, um zwischen den beiden Druckplatten 8; 9 befindliche, jeweils eine Nadel 4 umschließende O-Ringe 10 zu deformieren. Der Innendurchmesser der O-Ringe 10 wird mit geringer werdendem Abstand der Druckplatten durch den zunehmenden Druck kleiner und dichtet so die Nadeln 4 an ihrem Umfang ab. Zur Vertikalbewegung der gesamten Kartuschenabdichtung und der zweiten Druckplatte 9 innerhalb der Kartuschenabdichtung können ein oder auch zwei Antriebe vorgesehen sein.
In einer zweiten in den Zeichnungen nicht dargestellten Ausführungsform einer Kartuschenabdichtung wird die radiale Dichtung, die im vorher beschriebenen
Ausführungsbeispiel durch mechanischen Druck erzeugt wird, durch pneumatischen
Druck erzeugt. Ansonsten analog im Aufbau zum beschriebenen
Ausführungsbeispiel ist hier die zweite Druckplatte 9 zur ersten Druckplatte 8 in einem festen Abstand zu dieser angeordnet. Zwischen den beiden Druckplatten 8,9 befindet sich eine Druckkammer, in der über eine Pressluftsteuerung ein Überdruck erzeugt wird. Durch diese Kammer hindurch verlaufen 96 Schläuche, durch welche die Nadeln 4 geführt sind. Mit zunehmendem Überdruck in der Kammer werden die
Schläuche eng um die Nadeln 4 angelegt und dichten die Nadeln 4 am Umfang ab.
Zum Lösen der vertikalen Dichtung wird die Druckkammer geöffnet oder ein Unterdruck angelegt. Nach Abdichtung des Kartuschenblocks wird mittels Überdruck die zuvor über die Nadeln 4 aufgenommene Substanz durch die in den Kartuschen befindlichen Extraktionsphasen gedrückt.
Die noch nicht näher erläuterten Module der Gesamtvorrichtung wie Aushebe- und Transporteinrichtung und zur Ablage und Speicherung der verschiedensten Gefäße vorhandenen Speichereinheiten sind prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt und werden lediglich fachmännisch für eine erfindungsgemäße Vorrichtung optimiert.
Alle Gefäße, aus denen Substanzen aufgenommen werden bzw. in die Substanzen abgegeben werden, müssen, sofern sie nicht eine Öffnung größer der von der Nadelanordnung gebildeten Fläche aufweisen, in den Rastermaßen a x a oder einem vielfachen von a zueinander angeordnet sein, damit eine definierte Aufnahme und/oder Abgabe der Substanz jeweils mit einer Nadelgruppe erfolgen kann.
Vorteilhafterweise sind diese Gefäße Probengefäß- oder Kartuschenkammern von Probengefäß- oder Kartuschenblöcken. Die Blöcke können Spritzgussteile sein, deren Grundfläche in den Außenmaßen denen einer Mikrotitrationsplatte entsprechen und deren ausgebildete Kammern einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Derartige Blöcke sind besonders geeignet, da die oberen Öffnungen der Gefäße zwangsläufig in einer Ebene liegen und somit eine gleichmäßige planare Abdichtung ohne weitere Maßnahmen möglich ist. Weniger geeignet, aber prinzipiell möglich ist, dass die Gefäßanordnung durch Einzelgefäße gebildet wird, die über die Anordnung in einem Magazin zueinander im Rastermaß a x b oder einem Vielfachen von a und b zueinander positioniert werden. Dabei können die Gefäße zur Aufnahme sowohl einen rechteckigen als auch runden Querschnitt aufweisen, da pro Gefäß mittels der Auswahlmechanik nur eine Nadel mittig abgesenkt wird.
Bei der Abgabe unter Druck in Kartuschen bzw. Kartuschenkammern könnte hingegen ein runder Querschnitt zumindest bei Anordnung in den Rastermaßen ungleich a x b problematisch sein. Es muss dann über die Dimensionierung des Durchmessers abgesichert sein, dass bei Auflage der Kartuschendichtung auf den oberen Öffnungen der Kartuschen, an denen grundsätzlich ein Bund ausgebildet ist, alle Löcher der Dichtplatte im Innenquerschnitt der Kartuschen liegen, um eine sichere Abdichtung zu gewährleisten.
Bei der Verwendung eines Kartuschenblocks mit den Rastermaßen a x a ist aus Fig. 2 deutlich zu erkennen, dass jeweils eine der Nadeln 4 durch die Kartuschendichtung hindurch in je eine Kartuschenkammer ragt. Sind die Rastermaße des Kartuschenblocks gleich 2a x 2a wie in Fig. 3 dargestellt, ragen jeweils vier Nadeln 4 in je eine Kartuschenkammer. Die Kartuschenkammern können unter Druck sowohl über jeweils alle vier Nadeln 4 befüllt werden oder über wenigere, auch nur eine Nadel 4, da die einzelnen Nadeln 4 mit ihrem jeweils zugehörigem Spritzensystem für sich ein druckdichtes geschlossenes Gebilde darstellen.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
a Rastermaß der in einer Reihe angeordneten Nadeln b Rastermaß der in einer Spalte angeordneten Nadeln
1 erste Registerschiene
2 zweite Registerscheine
3 dritte Registerschiene
4 Nadel 5 Bund
6 Dichtplatte
7 Kartuschenblock
8 erste Druckplatte
9 zweite Druckplatte 8. O-Ring
9. Mitnehmernasen

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur automatischen Durchführung des SPE-Verfahrens, die mit einem Vertikalantrieb verbundene Nadeln aufweist, mittels denen aus Probengefäßen Substanzen aufgenommen und in Kartuschen abgegeben werden dadurch gekennzeichnet, dass die Nadeln (4) in einer zweidimensionalen Anordnung mit den Rastermaßen a x b an einem Nadelkopf angeordnet sind, dass die Probengefäße und Kartuschen in einer zweidimensionalen Anordnung zueinander mit den Rastermaßen a x b oder einem Vielfachen von a und b unterhalb des Nadelkopfes positionierbar sind, dass eine Auswahlmechanik vorhanden ist, mittels der wahlweise unterschiedliche Nadelgruppen mit dem Vertikalantrieb verkoppelt sind, dass die unterschiedlichen Nadelgruppen durch Nadeln (4) mit den Rastermaßen a x b und wenigstens einem Vielfachen von a und b gebildet sind, dass eine Kartuschendichtung vorhanden ist, welche die Kartuschen mit einer planaren Dichtung und einer radialen Dichtung zum Umfang der Nadeln (4) hin abdichtet.
Vorrichtung zur automatischen Durchführung des SPE-Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Rastermaße a x b den Rastermaßen handelsüblicher Multigefäßsysteme insbesondere einer Mikrotitrationsplatte entsprechen.
Vorrichtung zur automatischen Durchführung des SPE-Verfahrens nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastermaße einer 96er Mikrotitrationsplatte entsprechen.
4. Vorrichtung zur automatischen Durchführung des SPE-Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Probengefäße die Probengefäßkammern eines Probengefäßblockes sind, dessen Grundfläche in den Außenmaßen denen einer Mikrotitrationsplatte entspricht und die Probenkammem die Rastermaße a x b oder einem ganzzahligen Vielfachen von a und b aufweisen.
5. Vorrichtung zur automatischen Durchführung des SPE-Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Kartuschen von einem Kartuschenblock (7) gebildet werden, deren Grundfläche in den Außenmaßen denen einer Mikrotitrationsplatte entspricht und die durch zu den die Grundfläche begrenzenden Kanten nahezu parallele Innenwände in rechteckige Kartuschenkammern mit den Rastermaßen a x b oder einem ganzzahligen Vielfachen von a und b unterteilt sind.
6. Vorrichtung zur automatischen Durchführung des SPE-Verfahrens nach
Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahlmechanik Registerschienenblöcke gleich der Anzahl der in einer Richtung angeordneten Nadeln (4) aufweist, die jeweils in dieser Richtung in gleicher Ebene zwischen und neben den Nadeln (4) angeordnet sind und die jeweils aus mindestens drei Registerschienen bestehen, an denen Mitnehmernasen (1 1) in einem Rastermaß gleich dem der in dieser Richtung angeordneten Nadeln (4) oder einem Vielfachen davon zueinander ausgebildet sind, welche durch Verschiebung der Registerschienen wahlweise jeweils an einem Bund (5) einer Nadel (4) zur Anlage kommen und somit die jeweilige Nadel (4) mit dem Vertikalantrieb verknüpfen.
7. Vorrichtung zur automatischen Durchführung des SPE-Verfahrens nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass jeder Registerschienenblock aus einer ersten (1) einer zweiten (2) und einer dritten Registerschiene (3) besteht, wobei die Mitnehmernasen (1 1 ) der jeweils ersten Registerschiene (1) im Rastermaß a gleich dem der in dieser
Richtung angeordneten Nadeln (4) und die der jeweils zweiten (2) und dritten Registerschiene (3) im Rastermaß 2a zueinander ausgebildet sind und alle ersten Registerschienen (1) mit einem ersten, alle zweiten mit einem zweiten und alle dritten mit einem dritten Antrieb verbunden sind, der die Registerschienen wahlweise jeweils um einen Schritt der Länge a/2 aus einer Nullstellung mit wechselndem Richtungssinn verschiebt.
8. Vorrichtung zur automatischen Durchführung des SPE-Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die planare Dichtung aus einer Dichtplatte (6) größer der von den oberen Öffnungen der Kartuschenanordnung gebildeten Fläche besteht, die mit einer Lochanordnung von Löchern gleicher Anzahl und im gleichen Raster zueinander angeordnet wie die Nadeln versehen und mit einer ersten Druckplatte (8) verbunden ist, die ebenso wie eine zweite, darüber angeordnete Druckplatte (9), eine gleiche Lochanordnung aufweist, wie die Dichtplatte (6), dass die Löcher einen Durchmesser größer dem Nadeldurchmesser aufweisen, damit die Nadeln (4) ungehemmt durch die Druckplatten (8), (9) geführt werden können, dass die zweite Druckplatte (9) zur ersten hin verschiebbar ist, um zwischen den beiden Druckplatten (8); (9) befindliche jeweils eine Nadel (4) umschließende O-Ringe (10) zu deformieren, um so die Nadeln (4) an ihrem Umfang abzudichten.
9. Vorrichtung zur automatischen Durchführung des SPE-Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die planare Dichtung aus einer Dichtplatte (6) größer der von den oberen Öffnungen der Kartuschenanordnung gebildeten Fläche besteht, die mit einer Lochanordnung von Löchern gleicher Anzahl und im gleichen Raster zueinander angeordnet wie die Nadeln und mit einer ersten Druckplatte (8) verbunden ist ebenso wie eine zweite, darüber angeordnete
Druckplatte (9), eine gleiche Lochanordnung aufweist, wie die Dichtplatte * (6), dass die Löcher einen Durchmesser größer dem Nadeldurchmesser aufweisen, damit die Nadeln (4) ungehemmt durch die Druckplatten (8), (9) geführt werden können, dass die zweite Druckplatte (9) mit der ersten in einem Abstand zueinander fest angeordnet ist und zwischen der ersten (8) und der zweiten Druckplatte (9) eine Druckkammer vorhanden ist, durch welche Schläuche verlaufen, in denen die Nadeln (4) geführt werden, die sich bei Erzeugung eines Überdrucks in der Druckkammer eng an die Nadeln (4) anlegen und diese am Umfang abdichten.
10. Vorrichtung zur automatischen Durchführung des SPE-Verfahrens nach den Ansprüchen 5 und 8 oder 5 und 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Außenabmessungen der Dichtplatte (6) auf die Außenmaße eines Kartuschenblocks (7) abgestimmt sind.
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