DK148608B - Fotometrisk analyseapparat af den roterbare kyvettetype - Google Patents

Description

148608

Den foreliggende opfindelse angår et fotometrisk analyseapparat af den i kravets indledning angivne type, som er velegnet til serologiske undersøgelser, der kræver gentagne vaskninger eller fortyndinger af partikelformede materialer.

Mange serologiske prøver er baseret på reaktioner og processer i forbindelse med i væske suspenderede partikler og på partiklerne fikserede antigener eller antistoffer. Som grundeksempler indbefatter disse prøver blodceller, bakterieceller og lignende.

Ved de prøvemetoder, der er udviklet i den senere tid, f.eks. dem, der er beskrevet i US patentskrift nr. 3.744.375, fæstnes de serologiske faktorer på kemiske stabile bærepartikler, f.eks. plastkorn. Fikseringen af yderligere antistoffer eller antigener på disse bærepartikler kan resultere i en agglutineringsreaktion, der kan iagttages direkte. I andre tilfælde kan de reagerede bærepartikler adskilles ved centrifugering fra suspensionsvæsken ved sedimentering med eller uden væskedensitetsgradient, og den serologiske faktor sekundært fæstes derpå, hvilket ytrer sig i en ændring af sedimenteringshastigheden eller bånddannelsestætheden.

De fleste serologiske prøver af den ovennævnte type kræver centrifugalsedimentering af bærepartiklerne og gentagne vaskninger. De aktuelle metoder ved hvilke de forskellige reaktioner gennemføres, de specielt anvendte reagenser, reaktionstiderne og sekvensen af vaske- og reaktionstrin varierer betydeligt for de forskellige prøvemetoder. Den paralleldrift hos hurtige fo tometriske analyseapparater af den roterende kyvettetype, hvor prøver og reagens blandes i et centrifugalfelt og absorptions- og fluorescensmålinger gennemføres på flere reaktionsblandinger under rotation, gør dem interessante ved automatisering af immunologiske analyser. Til dette kræves udviklingen af en kyvetterotor som tillader omfattende vask af røde blodlegemer eller andre bærepartikler, reaktion med ét eller flere reagenser (eventuelt med nødvendige mel-lemvaskninger), og bestemmelse af agglutineringsgraden, og tilstedeværelse eller fraværelse af fluorescensmærket antistof eller radioaktivitet i enten den ovenstående væske eller i sedimentet.

Det er opfindelsens formål at tilvejebringe et fotometrisk analyseapparat af den roterbare kyvettetype, som egner sig til serologiske undersøgelser, der kræver gentagne vaskninger af partikelformet materiale og hvor der sker en bedre blanding med væsker, som tilføres kyvetterne, end ved tilsvarende kendte analyseapparater.

Dette formål er ifølge, opfindelsen realiseret i et fotome- 148608 2 trisk analyseapparat, som er ejendommeligt ved det i kravets kendetegnende del anførte.

Det ifølge opfindelsen udviklede fotometriske analyseapparat er som nævnt af den roterbare kyvettetype og af flerstationstypen og er i stand til at gennemføre prøve- og reagensdelings-, blandings-, sedimenterings-, vasknings-, overførings- og lysabsorptionsmålings-funktioner . To opstillinger af hulrum er formet i en skive der kan rotere omkring sin centrale geometriske akse. Den radialt ydre opstilling af hulrum danner et roterbart kyvettesystem hvor der udføres fotometriske målinger. Hulrum i den radialt indre opstilling af hulrum, i det følgende kaldt ladningshulrum, står i forbindelse med hver sin tilsvarende kyvette i den radialt ydre opstilling. En barriere mellem hvert ladningshulrum og en tilsvarende kyvette tillader under skivens rotation overføring af væske under indvirkning af centrifugalkraften, mens en sådan overføring eller tilbagestrømning af væske derimod forhindres, når skiven står stille. En radialt og vinkelret mod barrierens ene side gående kanal giver en forbedret blanding i kyvetterne. En udtøxnningskanal, der strækker sig radialt indad fra et sted, som* ligger i nærheden af, men dog med en vis afstand fra den radialt ydre ende af hver kyvette, kan tilsluttes en vakuumkilde , hvilket gør det muligt at fjerne ovenstående væske i kyvetterne efter en deri gennemført partikelsedimentation. Et centralt ladnings- og fordelingskammer, som afgrænses af en savtakformet periferi, står i væskeforbindelse med hvert ladningshulrum for at lette ladningen af disse under statiske eller dynamiske betingelser. Analyseapparatet ifølge opfindelsen gør det muligt at gennemføre flere serologiske analyser som kræver gentagne vasknings-eller fortyndings- og sedimenteringstrin i hurtig rækkefølge.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen,- hvor fig. 1 meget skematisk viser et ifølge opfindelsen konstrueret fotometrisk flerstationsanalyseapparat af den roterbare kyvettetype, fig. 2 er et plant billede af et i analyseapparatet ifølge fig. 1 anvendt rotoraggregat, og fig. 3, 4, 5, 6, 7 og 8 viser arbejdsmåden af rotoraggregatet ifølge fig. 1 ved gennemførslen af reaktions-, sedimentations-, vasknings- og væskeoverføringstrin.

Fig 1 viser et lodret snit af et ifølge opfindelsen konstrueret fotometrisk analyseapparat. Et pladeformet rotoraggregat l indbefatter en flangeforsynet rotor 2 af stål, gennemsigtige glas- 3 148608 eller plastplader 3 og 4, en hulrummene og kyvetterne afgrænsende skive 5 af polytetrafluorætylen eller andet plastmateriale og en fastboltet flangering 6 til at holde pladerne 3, 4 og skiven 5 inden i rotorhuset 2. Pladerne 3 og 4, samt skiven 5 er monteret sammen som en sandwichkonstruktion mellem rotorhuset 2 og flangeringen 6 til dannelse af ladningshulrum 7 og kyvetter 8 i koncentriske ringformede rækker, idet kyvetterne 8 har en større afstand fra rotoraggregatets 1 rotationsakse end ladningshulrummene 7. Udtømningskanaler 9 strækker sig fra et sted op til den radialt ydre ende af hver kyvette 8 til et centralt vakuumkammer 10, som strækker sig gennem en driv- og støtteaksel 11 til en ikke vist vakuumkilde.

En skrånende barriere 12 adskiller under statiske betingelser hvert ladningshulrum 7 fra en tilsvarende kyvette 8 men tillader væskeoverføring fra ladningshulrummene til kyvetterne under indvirkning af centrifugalkraften. Udskæringer 13 i pladen 4 er placeret direkte over hver barriere 12 således at væsken kan strømme over barrieren og ind i kyvetterne 8 under rotoraggregatets rotation. Hældningen, den indbyrdes afstand og orienteringen af ladningshulrummene 7, kyvetterne 8 og udtømningskanalerne 9 er vist i det plane billede på fig. 2 som skal beskrives nedenfor.

Kyvetterne 8 er konstruerede til at muliggøre samtidig fotometrisk analyse af flere adskilte prøver. For at gøre sådanne analyser lettere er rotorhuset 2 forsynet med flere adskilte huller 14, som ligger aksialt med og er lige så mange som antallet af kyvetter. Lys som passerer gennem hullerne 14 fortsætter gennem den gennemsigtige plade 3, kyvetterne 8 og den gennemsigtige plade 4 til en fotodetektor sådan som det er vist med den punkterede linie på fig. 1. Et system som omfatter en fotometrisk lyskilde, en fotodetektor og andre for det ovennævnte rotoraggregat hensigtsmæssige elektroniske hjælpekomponenter, er beskrevet i US patentskrift nr. 3.555.284.

I fig. 2 vises en plan afbildning af skiven 5, idet der for at forenkle tegningen kun er vist 2 af 16 par ladningshulrum og kyvetter. Et centralt væskeladnings- og fordelingskammer 15 er forsynet med en savtakformet periferi i form af blade 16 til opdeling af den under rotationen indførte væskestrøm i praktisk taget lige store rumfang og fordeling af de således opdelte væskeportioner til de respektive ladningshulrum og kyvetter. Som vist er radialt gående kanaler 17 placeret vinkelret mod en side af hver barriere 12 148608 4 for at tillade passage af væske langs den tilsvarende side af blandingshulrummene 7 og kyvetterne 8 for derved at forbedre blandingsvirkningen i kyvetterne ved en hvirvelstrømseffékt som vist på fig. 5. Virkningen af ladningshulrummene 7, kyvetterne 8, barriererne 12, kanalerne 17 og udtømningskanalerne 9 fremgår bedst af fig. 3-8 hvor den trinvise operation af det ifølge opfindelsen foreslåede fotometriske analyseapparat er illustreret.

Først udføres under statiske betingelser en indledende påfyldning eller ladning af blodprøver eller anden partikelsuspension 18 på den i fig. 3 viste måde. Ladningshulrummene 7 kan gøres tilgængelige gennem en åbning 19 i pladen 4 (se fig. l) ved hjælp af et hensigtsmæssigt ladeapparat, f.eks. en injektionssprøjte.

Alternativt kan der anvendes en lille overføringsskive (ikke vist) til prøvernes ladning i hulrummene 7· Fig. 4 viser den under centrifugalkraftens indvirkning gennemførte overføring af prøven 18 til den radialt yderste ende -af en tilsvarende kyvette 8. Ved overføringen til kyvetten 8 strømmer prøven over den skrånende barriere 12 gennem de af udskæringerne i pladen 4 dannede spillerum. Som vist spredes prøven under centrifugalkraftens indvirkning ud som et tyndt lag på den radialt ydre endevæg 20 af hver kyvette.

I fig. 5 er det vist hvorledes en strøm af fortyndingsvæske rettes mod væskeopdelingsbladene 16. Efter at have ramt bladene 16 strømmer den opdelte strøm af fortyndingsmiddel langs den ene side af hvert ladningshulrum 7, gennem kanalen 17 og derfra ind i kyvetten 8 hvor den blander sig med prøven 18. Coriolis-kraften tvinger strømmen af fortyndingsmiddel til på den viste måde at passeres langs den ene side af ladningshulrummet 7 og kyvetten 8. Fortyndingsmidlet kan være en vaskevæske, f.eks. en fysiologisk saltopløsning, eller en reaktantopløsning, f.eks. en opløsning af antistoffer afhængig af den specielle analyse der skal udføres og analysens stadium. En hurtig og grundig blanding af prøve- og reaktanteller vaskevæsker, som den der opnås ved den foreliggende opfindelse, har i lang tid været anset for være ønskelig og nødvendig for en nøjagtig analyse. Efter tilsætningen af fortyndingsmidlet på den i fig. 5 viste måde sedimenteres partikler i blandingen som vist på fig. 6 ved centrifugering mod kyvetten 8's ydervæg 20 under tilbageholdelse af den ovenstående væske 21. Denne fjernes ved påføring af undertryk gennem udtømningskanalen 9 som vist på fig. 7. Man kan også 5 148608 lukke åbningen 19 i pladen 4 og påføre det centrale kammer et lufteller andet gastryk ved en hensigtsmæssig tætning. Gentagne vaske-og reaktionstrin kan derefter påbegyndes som vist på fig. 8 ved at man under rotorens rotation atter tilsætter et hensigtsmæssigt fortyndingsmiddel, suspenderer partiklerne i dette og atter sedimente rer.Efter vaskningen kan forskellige reagenser i rækkefølge tilsættes og fjernes. Agglomereringen kan måles ved at man under anvendelse af fotometrisk teknik på sædvanlig måde bestemmer den hastighed hvormed de gensuspenderede partikler sedimenterer. Ved anvendelse af en smal lysstråle fra en lyskilde gennem en spalte kan sedimentationen af partikler forbi en fast radial .position observeres ved observation af fotodetektorens udgangssignal. Til måling af sedimentationshastigheden kan to afspaltede lyskilder placeres i forskellige radiale positioner og man kan måle den tid der kræves for at en sedimenterende grænse passerer fra den ene radius til den anden.

Kyvetterotorer i apparatet ifølge opfindelsen kan anvendes til ved sedimentering at klare væskesuspensioner før bestemmelsen af absorptionen af den efter sedimentationen tilbagestående klare væske. Partikelfænomener, indbefattende agglomerering, lys, fluorescens og radioaktivitet, kan observeres kontinuerligt ved hjælp af hensigtsmæssige detektororganer. Også ved den ovenstående væske · kan man observere sådanne fænomener som f.eks. optisk densitet, lysspredning, fluorescens, radioaktivitet og lysabsorption.

Udtømningskanalerne 9 kan dog også omorienteres således at de udmunder i et vakuumkammer rundt om skiven 5's periferi eller omplaceres således, at de står i forbindelse med bundene af de respektive kyvetter, således at vaskede celler eller andre partikelformede materialer kan udvindes fra kyvetterne, når rotoraggregatet står stille til undersøgelse i andre instrumenter. En sådan omplacering vil gøre det nødvendigt at bøje udtømningskanalerne 9 op mod pladen 4 for at undgå.at kyvetterne tømmes alene ved tyngdekraftens indvirkning, mens en udvinding er mulig ved påføring af vakuum eller overtryk.