NO843765L - To-retnings haandteringsanlegg for vaeskeproever - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot en anordning for automatisk å utføre overføring av væskeprøver mellom et flertall av beholdere. Nærmere bestemt er det rettet mot et system for å overføre væskeprøver mellom et multippel av separate væskebeholdere, slik som er nødvendig f.eks. i serisk for-tynning og kjemiske analyser av væskeprøver i mikrotitrerbeger hvor hver beholder inneholder kun omkring en tiendedel til ti milliliter av væske. En serisk fortynningsoperasjon involverer hovedsakelig å blande en prøve med suksessivtøkende deler av et tilsetningsstoff i separate beholdere for å oppnå en serie av suksessivt minskende prøvekonsentrasjoner. De forskjellige prøvekonsentrasjoner kan så bli probert for å fastlegge en bestemt egenskap. F.eks., kan prøven være et serum og prober-ingen kan bli brukt for å fastlegge hvilke konsentrasjon av serum tilveiebringer optimale resultater når den reagerer med en bestemt substans.

Til å begynne med ble probering av en prøve utført manuelt, hvor forskjellige reagenter ville bli blandet i forskjellige respektive prøverør, f.eks. ved hjelp av en sprøyte eller pipette. Denne prosedyre opptok en betraktelig mengde tid når et antall av forskjellige proberinger var nødvendig. Følgelig ble maskiner for automatisk eller halvautomatisk utførelse av probering utviklet. Et eksempel av en slik

TM

maskin er systemet til Cetus Pro/Pette " beskrevet i "Automation of Liguid Handling in the Biological-Laboratory" Weaver, J.F. et al., American Biotechnology Laboratory, desember 1983.

Et trekk av den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe

en forøket grad av allsidighet i forhold til de nåværende tilgjengelige håndteringsanlegg for væskeprøver, slik som

TM

Pro/Pette" systemet ved å muliggjøre for væskeuttømming og overføring av pipettehodene å bevege seg både vertikalt og horisontalt på tvers relativt den langsgående horisontale bevegelse av beholderbegeret. Dette tilveiebringer tredimen-sjonal bevegelse mellom pipettehodet og enhver gitt brønn i eller flere mikrotitrervæskebeholdere eller væske i en eller flere tilførselstrau båret av bordet. Med dette tillegg av bevegelsesfrihet, blir væskeoverføring ikke begrenset til de individuelle rader av beholdere i mikrotitrervæskebegrene. Snarere kan væske bli overført fra en beholder i en rad til

en beholder i en annen rad, såvel som mellom forskjellige beholdere i den samme rad eller til enhver gitt beholder i et forskjellig beger. Således kan en større variasjon av væske-kombinasjoner og konsentrasjoner oppnås i beholderene i begeret.

Disse og andre trekk av den foreliggende oppfinnelse er omtalt i nærmere detalj i det etterfølgende med henvisning til en foretrukket utførelse av denne illustrert i de vedlagte teg-ninger.

Figur 1 er en perspektivskisse av en væskeoverføringsmaskin som realiserer trekkene av den foreliggende oppfinnelse,

figur 2 er et snitt sett forfra av væskeoverføringsmaskinen tatt langs snittlinjen 2-2 i figur 1,

figur 3 er et snitt sett ovenfra av væskeoverføringsmaskinen,

figur 4 er et snitt sett fra siden av væskeoverføringsmaskinen, tatt langs snittlinjen 4-4 i figur 1, og

figur 5 er et forstørret snitt sett fra siden av pipettesammenstillingen.

Idet det vises til figur 1, innbefatter en automatisk væske-overføringsmaskin to bevegelige hovedkomponenter, et horisontalt forflyttbart bord 10 og en vertikalt forflyttbar hodeenhet 12. Som best vist i figur 4, er bordet 10 oppstilt for horisontal forflytning på herdede føringsstaver 14 ved hjelp av glidelagre 16. Forflytning av bordet besørges av en trinnmotor 18 gjennom langsgående drivinnretninger, som kan innbefatte et tannhjul 20 forbundet med motoren og et tannstag 22 anordnet på undersiden av bordet. Likeledes er hodet 12 oppstilt for vertikal forflytning på føringsstaver 24 ved hjelp av glidelageret 26. Forflytning av hodeenheten besørges av en trinnmotor 28 gjennom nok en langsgående drivinnretning, slik som tannhjulet 30 og tannståget 32.

Hodeenheten 12 understøtter en pipettesammenstilling 34. Denne sammenstilling innbefatter en enkelt pipette 36 som er horisontalt forflyttbar i en retning på tvers av aksen til forflyt-ningen av bordet 10. Pipetten er fjernbart innfestet til hodeenheten ved hjelp<*>av festeblokker 38 og forbindelsespinner 40, og beveger seg vertikalt med denne. En plungerstempelmeka-nisme 42 er anordnet på hodeenheten for vertikal bevegelse relativt til pipetten. Plungerstempelmekanismen innbefatter en plungerstempelstav 44 anordnet i pipetten 36. Staven er forbundet til en aktuatorstang 46 ved hjelp av en glideblokk 48. Stangen 46 blir vertikalt forflyttet langs føringsstaver 50 ved hjelp av en trinnmotor 52 og ledeskruemekanisme 54.

Tillegget av allsidighet som gjøres mulig ved den foreliggende oppfinnelse fremkommer fra det faktum at pipettesammenstillingen 34, i tillegg til å bevege seg vertikalt med hodet 12, kan bevege seg horisontalt i en retning på tvers av aksen for forflytning av bordet 10. Idet det vises til figurene 2 og 3, er en støtteblokk 56 anordnet for horisontal forflytning langs et par av føringsstaver 58 anordnet mellom monteringsblokkene 38. Likeledes kan glideblokken 48 på hvilke plungerstempelstaven 44 er montert forflyttes langs en føringsstav 60 festet til aktuatorstangen 46.

Den horisontale forflytning av støtteblokken 56, og dermed pipetten 36 som er festet på denne, bevirkes ved hjelp av en ledeskrue 62 drevet av en trinnmotor 64. Denne motoren kan bli støttet på en av monteringsblokkene 38. Glideblokken 48, som er forbundet til støtteblokken 56 ved plungerstempelstaven 44, følger den horisontale forflytning av støtteblokken.

Som best vist i det detaljerte skjematiske snitt av figur 5, endrer den vertikale forflytning av plungerstempelstaven 44 relativt til pipettedysedelen 35 det indre luftvolumet av boringen av pipettedysen, som bevirker at fluid blir aspirert inn i eller drevet ut. En lufttett tetning er skapt mellom staven og toppen av pipettedysen ved hjelp av en tetningsring 66, holdt av en malje 68 og en føyelig fjær 70. Pipettedysen 35 danner en stempeldel 72 som er bevegbar frem og tilbake i en sylinder formet i støtteblokken 56. Pipettedysen 35 som holdes derved vertikalt ved fjæren 70 slik at under et trinn for påfylling av spissen, kan pipettedysen 35 gli vertikalt på blokken 56 mot den føyelige fjær 70. Dette tillater nese-delen 82 av pipettedysen 35 på pålitelig måte å fange opp spisser av noe ulike dimensjoner bg å sikre at de åpne ender av spissene er ved samme nivå relativt til bordet 10 og et titrervæskebeger oppstilt derpå.

Bordet 10 innbefatter to arbeidsstasjoner 74 og 76 for respektivt å akkommodere to begere. En av begrene kan være et kon-vensjonelt titrervæskebeger 78 som innbefatter et matrise-arrangeme.nt av brønner for å romme væskeprøver. Det andre beger 80 ved den bakre arbeidsstasjon 76 kan være et beger for spisser som inneholder et lignende arrangement av beholdere som akkommoderer engangs pipettespisser. Et typisk titrervæskebeger kan inneholde 96 brønner i et 12 x 8 matrisemønster. Fortrinnsvis kan begeret 78 bli opptatt ved den fremre arbeidsstasjon 74 i tverrgående orientering, eller i lengderetningen av bordet 10.

Idet det igjen vises til det detaljerte sideriss i figur 5,

er den nedre enden eller neseenden 82 av hver pipettedyse 35 avskrånet eller på annen måte formet på sin ytre flate for på den måten å motta og friksjonsmessig engasjere den indre over-flaten av en engangspipettespiss 84. Et slikt friksjonsinngrep er for å forme en lufttett tetning deri mellom. En spiss 84 i en rad av beholdere i spissbegeret 80 er satt inn i og enga-sjerer enden av pipetten 36 når hodeenheten 12 blir senket

ved trinnmotoren 28 etter at bordet 10 er bragt en rad av spisser 84 i register med pipettene. Beholderveggene i spissbegeret 80 er anordnet til å sentrere spissene 84 for inngrep med den avskrånede enden 82 av pipetten 36.

Den påfølgende fjærning av spissen 84 fra pipetten utføres med en spissejektor. Spissejektoren innbefatter en stang 86 som er anordnet mellom støtteblokken 56 og den øvre skulder av spissen 84. Stangen 86 er forbundet til og støttet av et par av vertikalt forflyttbare staver 88 anordnet på hodeenheten 12. Disse skaver blir forflyttet ved hjelp av et par av drivinnretninger, slik som solenoider 90 anordnet på

toppen av hodeenheten. Når solenoidene 90 er deaktivert,

blir ejektorstangen 86 opprettholdt i den øvre posisjon vist i figur 5. Aktivering av solenoidene beveger stangen vertikalt nedad, for å skyve spissen 84 ned og frigjøre den fra sitt friksjonsinngrep med enden 82 av pipettedysen 35. En trinnmotor og et ledeskruearrangement kan bli brukt som drivinnretning 4-Steden for solenoider 90 hvis ønsket.

For å muliggjøre at maskinen kan bli brukt for fyllingsopera-sjoner såvel som væskeoverføringer, kan et uttømmingsrør 91 bli montert på støtteblokken 56. Enden av dette rør avslutter ved en veldefinert lokalisering inntil enden av pipetten 36. F.eks., kan den bli bragt i avstand foran pipetten ved en avstand lik med avstanden mellom to brønner i et mikrotitrer-væskebeger. Den i avstand beliggende ende av røret 91 er forbundet til en presisjonsdoseringspumpe (ikke vist) som er i tur forbundet til en tilførsel av reagenter med hvilke brønnene blir fylt.

Driften av hver av trinnmotorene 18, 28, 52 og 64, såvel som solenoidene 90, blir styrt ved en egnet mikroprosessor 92. Hovedsakelig fungerer mikroprosessoren 92 til å styre drifts-sekvensene av hver av disse elementer, og således de innbyrdes relatert bevegelser av bordet 10, hodeenheten 12, pipettesammenstillingen 34 og spissejektorstangen 86 for å bevirke overføring av væske fra en brønn i begeret 78 ved den fremre arbeidsstasjon 74 til en annen brønn i det begeret. Alterna-tivt kan en tredje arbeidsstasjon bli anordnet på bordet 10, og overføring av væske kan oppstå mellom enhver brønn fra hvilke som helst av to beger ved de to arbeidsstasjoner. Et slikt andre beger 98 er indikert i figur 4. Siden trinnmotorene skaper en forhåndsbestemt rotasjonsstørrelse som respons til hvert aktiveringssignal som tilføres, kan nøyaktig posi-sjonering av de bevegbare elementer oppnås, f.eks., gjennom passende styring av antallet eller varigheten av aktiverings-pulsene, eller andre signaler som tilføres av mikroprosessoren.

I tillegg til å styre disse forskjellige bevegbare elementer, overvåker mikroprosessoren 92 også deres bevegelse gjennom passende posisjonerte følere. F.eks., som vist i figur 1, kan et følerarrangement for bordet 10 innbefatte et blad 94 som er festet til og springer frem fra siden av bordet, og en posi-sjonføler 96 som detekterer når bladet 94, og derved bordet 10, passerer gjennom et forhåndsbestemt referansepunkt i sin forflytning. Hver gang bordet passerer gjennom dette punkt, sender posisjonsføleren 96 et signal til mikroprosessoren 92 som muliggjør for mikroprosessoren å oppdatere informasjon som vedrører bordets posisjon. Således hvis trinnmotoren 18 skulle miste en aktiveringspuls under forflytning av bordet, eller hvis pulstellingen som er lagret i mikroprosessoren 92 ikke skulle sammenfalle med posisjonen av bordet, vil feilen ikke bli båret videre til sukessive sykler av driften.

I tillegg til referanseføleren 96, kan et par av begrenser-følere 98 anordnes ved de respektive ender av bevegelses-banen til bordet. Et signal sendt av disse følere indikerer at bordet nærmer seg enden av sin bevegelse, og skaper en indikasjon til mikroprosessoren 92 for å avbryte krafttilfør-selen til trinnmotoren 18 eller ta en eller annen slik korri-gerende handling. Lignende følerarrangementer kan bli forsynt for å overvåke bevegelsen av hodeenheten 12, aktuatorstaven 46 og støtteblokken 56.

I drift fungerer den automatiske væskeoverføringsmaskinen hovedsakelig for å plukke opp en spiss i begeret 80, sette den i en av brønnene i begeret 78, ekstrahere noe av væske-prøven fra denne brønn, injisere spissen i et reagent i en annen av brønnene, oscillere plungerstemplet for å blande væsken, posisjonere spissen for å drive ut all væske og så returnere spissen til begeret 80, som beskrevet i nærmere detalj i den ovenfor nevnte søknad.

Som tidligere nevnt, tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en større grafl av fleksibilitet til denne basisoperasjon. Siden pipetten er i stand til å bevege seg i to normalt til hverandre horisontale retninger relativt til bordet 10, såvel som vertikalt relativt til dette, kan væske bli overført fra enhver gitt brønn i begeret 78 til enhver annen brønn i det begeret, og selv til enhver brønn eller beholdere i et annet beger på bordet.

Det vil være åpenbart for fagmannen at den foreliggende oppfinnelse kan utføres i andre spesifikke former uten å avvike fra ideen eller vesentlige karakteristikker av denne. Den nå fremlagte utførelse er derfor betraktet og i alle henseender å være illustrativ og ikke begrensende. F.eks., når termino-logiens "trinnmotor" er blitt brukt for å beskrive den fore-trukne utførelse av motordrivinnretningen for bordet, hodeenheten og pipettesammenstillingen, vil det være åpenbart at andre nøyaktige posisjoneringsinnretninger kan bli brukt, slik som likestrøms servomotorer. Oppfinnelsens ramme er følgelig indikert ved de vedlagte krav snarere enn den foranstående beskrivelse, og alle endringer som kommer innenfor ekvivalens-området av dette er ment å være omfattet deri.

Claims (10)

1. Maskin for automatisk overføring av i det minste en del av en væskeprøve i en beholder til en annen beholder, karakterisert ved at den innbefatter; en hodeenhet forflyttbar mellom øvre og.nedre stillinger langs en vertikalakse; innretninger for å bevege nevnte hodeenhet langs nevnte vertikalakse; * i det minste en pipettesammenstilling anordnet på nevnte hodeenhet for bevegelse med denne, hvor nevnte pipettesammenstilling innbefatter en pipettedyse med en nedhengende ende for mottak av spisser, et plungerstempel anordnet i nevnte pipettedyse, og innretninger for å bevege nevnte plungerstempel i nevnte pipettedyse for å variere det indre volum av nevnte dyse og en <spisstøtte derved; innretninger for å bevege nevnte pipettesammenstilling relativt til nevnte hodeenhet langs en horisontalakse; et bord anordnet under nevnte hode for forflytning langs en horisontalakse som er på tvers av den horisontale bevegelses-akse av nevnte pipettesammenstilling, hvor nevnte bord har i det minste to arbeidsstasjoner i avstand fra hverandre langs dets forflytningsakse for respektivt p akkommodere i det minste et beger med et flertall av beholdere; innretninger for å bevege nevnte bord langs nevnte horisontale akse for å anbringe enhver enkelt utvalgt av nevnte flertall av beholdere i et beger anordnet på nevnte bord ved begge av nevnte arbeidsstasjoner i register med nevnte pipette; og innretninger for å styre hver av nevnte bevegelsesinnretninger for nevnte hodeenhet, pipettesammenstilling, plungerstempel og bord for å bevirke overføring av en væskeprøve mellom i det minste en beholder i nevnte beger montert på en av nevnte stasjoner til i det minste en beholder lokalisert ved den andre av nevnte arbeidsstasjoner.;

2. Maskin for overføring av væske ifølge krav 1, karakterisert ved ' at den ytterligere innbefatter en spissejektor anordnet på nevnte hodeenhet for å fjerne en spiss anordnet på nevnte nedhengende ende av nevnte pipettedyse, og hvor nevnte styreinnretning videre tilveiebringer koordinert*styring av nevnte spissejektor og nevnte bevegelsesinnretning for å skifte ut en spiss på enden av nevnte pipette med en annen spiss anordnet i en beholder av et beger oppstilt ved en tredje arbeidsstasjon eller nevnte bord mellom væskeoverføringstrinn.

3. Maskin ifølge krav 2, karakterisert ved at nevnte spissejektorinnretning innbefatter en stang anordnet inntil i det minste en del av nevnte nedhengende ende og bevegbar nedad for å skyve engangsspisser fra nevnte ende.

4. Maskin ifølge krav 3, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter i det minste en drivinnretning for å bevege nevnte stang nedad.

5. Maskin ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte bevegelsesinnretning for hodeenheten innbefatter en trinnmotor og en drivinnretning i lengderetningen som sammenbinder trinnmotoren og nevnte hodeenhet.

6. Maskin ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte bevegelsesinnretning for plungerstemplet innbefatter en trinnmotor og en ledeskruemekanisme som sammenkobler nevnte trinnmotor og nevte plungerstempler.

7. Maskin ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte bevegelsesinnretning for bordet innbefatter en trinnmotor og en drivinnretning i lengderetningen som sammenkobler nevnte trinnmotor og nevnte bord.

8. Maskin ifølge krav 1, karakterisert ved at bevegelsesinnretningen for nevnte pipettesammenstilling innbefatter en trinnmotor og en ledeskrue som sammenkobler nevnte trinnmotor og nevnte pipettesammenstilling.

9. Maskin ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte styreinnretning innbefatter innretninger for å overvåke posisjonen av i det minste et element innbefattende nevnte hodeenhet, pipettesammenstilling, plungerstempel og bord.

10. Maskin ifølge krav 1, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter et utslippsrør montert på nevnte pipettesammenstilling og som avslutter ved et forhåndsbestemt sted relativt til nevnte nedhengende ende av nevnte pipette.