ЦЕНТРИФУГА ДЛЯ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ БЛОКА РЕАКЦИОННЫХ ЯЧЕЕК И СПОСОБ
CENTRIFUGE FOR CENTRIFUGING UNIT OF REACTION CELLS AND METHOD

Настоящее изобретение относится к центрифуге и способу для центрифугирования блока реакционных ячеек.
US 2009/0181359 A1 описывает автоматизированный способ иммунохимического анализа, имеющий высокую производительность и чувствительность. Для способов иммунохимического анализа типично, что первый специфический связывающий элемент может вступать в реакцию со вторым специфических связывающим элементом с образованием соединения, причем концентрация или количество соединения определены. В этом способе применяются магнитные частицы, которые обеспечивают иммобилизацию одного из специфических связывающих элементов. Важным этапом автоматизированного способа является промывание соединения, прикрепленного к магнитным частицам. Этапы промывки оказывают сильное воздействие на производительность, чувствительность, специфичность и стоимость всего способа. Чем меньше этапов требуется, тем быстрее способ. Чем лучше соединения отделяются от неспецифически связанных компонентов, тем выше чувствительность способа.
US 8329475 В2 описывает способ промывки для удаления нежелательных компонентов в образцах, подлежащих анализу. В этом способе происходит колебание уровня промывочной текучей среды в контейнере. Такой контейнер может быть выполнен в виде чаши, камеры, кюветы, пробирки и т.п. При осуществлении этого колебательного способа небольшое количество промывочной текучей среды добавляют в контейнер и удаляют из него. Это количество меньше полного количества, содержащегося в контейнере. Колебание промывочной текучей среды создает подвижный мениск. Этот подвижный мениск снижает градиент концентрации в граничном слое стенки контейнера за счет постоянного обновления промывочной текучей среды на поверхности стенки контейнера.
Компания Matrical Bioscience, США, поставляет мультиформатное устройство для промывки микропланшетов с товарным знаком SQUIRT™. Этот промыватель содержит форсунки для впрыскивания промывочного раствора и воздуха в реакционные ячейки микропланшетов. Предлагаются различные держатели для промывателей. Автоматический запирательный элемент защелкивает микропланшеты для обеспечения промывки "вверх дном". Данный промыватель для микропланшетов совместим с различными форматами микролуночных планшетов SBS/ANSI (96, 384, 1536 и т.д.).
Промывочные устройства, которые осуществляют промывание посредством добавления промывочного раствора и/или воздуха в реакционные ячейки и всасывания его обратно из реакционных ячеек, не всегда могут успешно удалять загрязняющий материал, находящийся в верхней части реакционных ячеек, поскольку трудно направить струю промывочного раствора непосредственно на участки, прилегающие к верхней границе реакционных ячеек. Кроме того, существует опасность загрязнения наружной поверхности форсунок, в частности, при выполнении этапа промывки "вверх дном", когда форсунки расположены под реакционными ячейками. В случае типичных диагностических тестов для людей исходным материалом будет плазма или сыворотка. Белок, находящийся в таком материале, имеет тенденцию к образованию соединений. Образование сгустков белка и последующая невозможность всасывания является основным недостатком известных промывочных систем. Это приводит к выходу из строя автоматизированных систем и приостановке всего технологического процесса для проведения ремонта.
US 2009/0117620 А1 относится к лабораторной автоматизированной системе, позволяющей проводить клинические биохимические анализы, иммунохимические анализы, анализы, основанные на амплификации нуклеиновых кислот, и любые комбинации вышеперечисленных анализов. В этой системе в качестве реакционных емкостей используются микролуночные и глубокие многолуночные планшеты. Применение таких многолуночных планшетов позволяет проводить иммунохимические анализы с высокой пропускной способностью.
В других лабораторных автоматизированных системах вместо многолуночных планшетов используются так называемые гелевые карты. Преимуществом гелевых карт по сравнению с многолуночными планшетами является возможность их автоматического оптического анализа путем сканирования боковых поверхностей гелевых карт. Это позволяет проводить анализ биологических веществ автоматически посредством их разделения в гелевой колонке.
EP 937502 А2 описывает способ обращения с микропланшетом, в котором в реакционные ячейки добавляют порции жидкости, и затем жидкость удаляют. После добавления порции жидкости в реакционные ячейки микропланшет центрифугируется, так что центробежная сила действует в направлении дна реакционных ячеек, а затем планшет с образцом центрифугируется таким образом, что центробежная сила действует в направлении от дна реакционных ячеек наружу с тем, чтобы опорожнить реакционные ячейки.
JP 2009-264927 А описывает устройство для обработки микропланшета, содержащее поворотный барабан, вращающийся вокруг горизонтальной оси вращения, и имеющее удерживающие секции на боковой поверхности поворотного барабана, каждая из которых может удерживать микропланшет. Барабан окружен кожухом. Микропланшет может быть помещен в барабан так, что отверстия реакционных ячеек оказываются обращенными наружу или внутрь барабана.
CN 102175855 А описывает промыватель планшетов для иммуноферментного анализа, содержащий поворотный механизм, промывочный механизм и дренажный механизм. После завершения промывки центробежная сила, образуемая непрерывным вращением, может вытеснять воду, оставшуюся в ячейках планшетов для иммуноферментного анализа, так что осуществляется эффект высушивания, и, таким образом, планшеты для иммуноферментного анализа можно использовать сразу после промывки.
US 4953575 описывает промывочное устройство для промывки комплекта кювет. Комплект кювет помещают в держатель ротора. Кюветы заполняют промывочной жидкостью. Промывочную жидкость удаляют из кювет посредством вращения ротора.
IT TO 20110009 А относится к центрифуге, имеющей ротор. Ротор содержит эластичный кабель и маленький поршень, приводимый в действием эластичным кабелем. Реакционные емкости могут выталкиваться из соответствующих углублений или секций во время вращения ротора при помощи эластичного кабеля и маленького поршня, причем реакционные ячейки толкаются в направлении к оси вращения.
US 5419871 относится к анализатору и подъемнику для перемещения ползунка в одной горизонтальной плоскости к одному из нескольких инкубаторов, расположенных в разных вертикальных плоскостях. Предлагается приводной механизм для поднятия и опускания подъемника и толкатель, такой как дисковый толкатель, в пределах подъемника для перемещения ползунка от распределителя к опоре подъемника и затем в один из инкубаторов.
US 6150182 описывает центрифугу для вращения реакционной ячейки вокруг вертикальной оси. Вблизи реакционной ячейки может быть расположен магнитный элемент, так чтобы магнитное поле воздействовало на реакционную ячейку для удержания находящихся в ней магнитных микроносителей.
WO 93/10455 А1 относится к центрифужной емкости для проведения автоматизированных иммунохимических анализов, содержащей центральную трубку, наружную камеру для отходов и микроносители, расположенные в центральной трубке. Микроносители имеют сердцевину, обладающую магнитной восприимчивостью, которая реагирует на внешний магнитный источник при промывании.
DE 102008042971 А1 описывает центрифугу для центрифугирования реакционной ячейки таким образом, что более тяжелые компоненты собираются в нижней части реакционной ячейки. Нижняя часть реакционной ячейки окружена магнитным элементом, который удерживает магнитные микроносители некоторое время после центрифугирования в нижней части реакционной ячейки.
CN 102417902 А относится к комплекту для извлечения нуклеиновой кислоты при помощи микротитрационного планшета и магнитных микроносителей.
US 2006/0198759 А1 описывает центрифугу, которая может применяться в смешанном режиме для колебаний ротора вперед-назад.
EP 1952890 А2 описывает центрифугу с несколькими дисками. Каждый диск реализован для прикрепления гелевой карты и вращения ее вокруг горизонтальной оси.
Целью настоящего изобретения является создание центрифуги для очистки блока реакционных ячеек.
Данная цель достигается посредством центрифуги, обеспечивающей обработку блока реакционных ячеек, по пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Центрифуга для очистки блока реакционных ячеек, содержащая ротор для удержания по меньшей мере одного блока реакционных ячеек, имеющего направленное наружу отверстие(-я), двигатель для вращения ротора вокруг оси вращения, корпус, имеющий в предпочтительном варианте осуществления по существу цилиндрическую внутреннюю поверхность, в котором выполнен дренажный канал для отвода текучей среды, вытесняемой из блока реакционных ячеек, причем между внутренней поверхностью и ротором выполнен зазор, так что в результате вращения ротора создается поток воздуха, который сгоняет вытесняемую текучую среду по внутренней поверхности к дренажному каналу, к которому присоединен аспирационный насос для отвода текучей среды.
Аспирационный насос, соединенный с дренажным каналом центрифуги, позволяет осуществлять более быструю и качественную очистку корпуса. Это важно для предотвращения перекрестного загрязнения, обусловленного наличием пробной жидкости на стенках и дне корпуса центрифуги. Жидкость, удаленная из реакционной ячейки(-ек), немедленно всасывается подключенным аспирационным насосом, когда он включен. Насос может работать во время центрифугирования или может быть включен в любое время по желанию. Остаточная жидкость, оставшаяся в корпусе после выключения аспирационного насоса, может быть удалена вручную. Однако, основная часть уже будет удалена насосом, что значительно уменьшает риск перекрестного загрязнения.
Центрифуга для очистки блока реакционных ячеек содержит
ротор для удержания по меньшей мере одного блока реакционных ячеек, имеющего направленные наружу в радиальном направлении отверстие(-я),
двигатель для вращения ротора вокруг оси вращения,
корпус, имеющий по существу цилиндрическую внутреннюю поверхность, окружающую ротор, в котором выполнен дренажный канал для отвода текучей среды, вытесняемой из блока реакционных ячеек,
причем между внутренней цилиндрической поверхностью и ротором выполнен зазор шириной не более 1 мм, так что в результате вращения ротора создается воздушная струя или круговой поток воздуха, который сгоняет вытесняемую текучую среду по внутренней цилиндрической поверхности к дренажному каналу.
Благодаря небольшому зазору между ротором и внутренней цилиндрической поверхностью вращающийся ротор создает сильный круговой воздушный поток, который сгоняет вытесняемую текучую среду к дренажному каналу. Таким образом, можно отвести полностью всю жидкость, содержащуюся в реакционной ячейке блока реакционных ячеек до вращения ротора, из внутренней части корпуса. Данная текучая среда рассматривается в качестве загрязняющего материала. Поскольку данный загрязняющий материал может быть полностью удален, опасность загрязнения отсутствует. В предпочтительном варианте осуществления изобретения зазор не превышает 0,75 мм, в частности, не превышает 0,5 мм. Чем меньше зазор, тем сильнее круговой поток воздуха. Однако данный зазор предпочтительно должен быть не менее 0,1 мм, в частности, не менее 0,2 мм или 0,3 мм, поскольку такие маленькие зазоры могут привести к контакту ротора с внутренней цилиндрической поверхностью.
Другой целью настоящего изобретения является создание центрифуги для очистки блока реакционных ячеек, которая может надежно очищать блоки реакционных ячеек, содержащие летучие жидкости.
Данная цель достигается посредством центрифуги для очистки блока реакционных ячеек по пункту 3 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Центрифуга для очистки блока реакционных ячеек содержит
ротор для удержания по меньшей мере одного блока реакционных ячеек, имеющего направленное наружу в радиальном направлении отверстие(-я),
двигатель для вращения ротора вокруг оси вращения и
корпус.
Блок реакционных ячеек, такой как микротитрационный планшет, может быть очищен или обработан таким образом, что блок реакционных ячеек вращается, причем отверстия его реакционных ячеек направлены в радиальном направлении наружу. Таким образом, содержащаяся в реакционных ячейках жидкость вытесняется. Если жидкость является летучей, то вероятно часть жидкости испаряется. Эта испарившаяся жидкость может конденсироваться на какой-либо части блока реакционных ячеек и вызывать загрязнение.
Во избежание загрязнения путем конденсирования предлагается охлаждающее устройство для охлаждения внутренней поверхности корпуса с тем, чтобы испарившаяся текучая среда конденсировалась на указанной внутренней поверхности и не могла конденсироваться на блоке реакционных ячеек. Посредством охлаждения внутренней поверхности можно обеспечить отвод летучих жидкостей из газовой среды в корпусе, так что они могут быть полностью удалены из корпуса.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве охлаждающего устройства для охлаждения внутренней поверхности корпуса используется термоэлектрический элемент Пельте, в частности, термоэлектрическая фольга, покрывающая наружную поверхность корпуса.
Для внутренней поверхности корпуса предпочтительно поддерживается температура по меньшей мере на 2°C или 3°C ниже или даже на 5°C ниже, чем температура остальных частей корпуса.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание центрифуги для центрифугирования блока реакционных ячеек, которая может быть легко интегрирована в автоматическую лабораторную роботизированную систему или может быть легко соединена с существующей автоматической лабораторной роботизированной системой.
Данная цель достигается посредством центрифуги по пункту 4 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Центрифуга для центрифугирования блока реакционных ячеек содержит
ротор для удержания по меньшей мере одного блока реакционных ячеек, имеющего направленное в радиальном направлении наружу и/или внутрь отверстие(-я),
двигатель для вращения ротора вокруг оси вращения, причем участок, в котором ротор вращается, образует зону центрифугирования,
загрузочно-разгрузочный механизм для загрузки блока реакционных ячеек в центрифугу и выгрузки его из центрифуги, содержащий гибкую удлиненную балку для вытягивания и втягивания блока реакционных ячеек и приводные средства для вытягивания и втягивания балки, причем гибкая удлиненная балка проходит через зону центрифугирования в вытянутом положении и удалена из зоны центрифугирования во втянутом положении, так что ротор может свободно вращаться.
Данный загрузочно-разгрузочный механизм сравнительно прост и может быть интегрирован в центрифугу, для чего требуется лишь небольшое установочное пространство. Загрузочно-разгрузочный механизм реализован для перемещения блока реакционных ячеек в горизонтальной плоскости посредством вытягивания или втягивания гибкой удлиненной балки. Такое горизонтальное перемещение может быть легко объединено с известными манипуляционными устройствами для автоматических лабораторных роботизированных систем, поскольку данный загрузочно-разгрузочный механизм попадает в зону перемещений блока реакционных ячеек только в горизонтальной плоскости, так что он не блокирует пространство над зоной перемещений блока реакционных ячеек. Данное пространство может быть полностью использовано другими частями центрифуги или автоматической лабораторной роботизированной системы. Другие известные манипуляционные устройства обычно имеют части, расположенные над зоной перемещений блока реакционных ячеек. Такие части могут сталкиваться с другими элементами, в частности, с другими манипуляционными устройствами автоматической роботизированной системы.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения гибкая удлиненная балка содержит магнитный соединительный элемент на свободном конце. Этот магнитный соединительный элемент может автоматически соединяться с блоком реакционных ячеек или держателем блока реакционных ячеек, имеющим соответствующий ответный соединительный элемент. В предпочтительном варианте осуществления изобретения ротор содержит еще один магнитный соединительный элемент, который может удерживать блок реакционных ячеек или держатель блока реакционных ячеек посредством соединения магнитного соединительного элемента ротора с магнитным ответным соединительным элементом блока реакционных ячеек или держателя блока реакционных ячеек.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения ротор содержит ограничительные средства для остановки движения блока реакционных ячеек или держателя блока реакционных ячеек при его установке в ротор посредством балки, так что балка автоматически отсоединяется от блока реакционных ячеек или держателя блока реакционных ячеек соответственно.
Балка предпочтительно выполнена из изогнутого металлического листа. Изогнутый металлический лист предпочтительно согнут в две полосы или намотан на катушку.
Центрифуга в соответствии с любым из вышеописанных вариантов осуществления изобретения предпочтительно содержит устройство регулирования температуры для предварительного регулирования температуры газа, содержащегося внутри корпуса, и/или температуры ротора. Данное устройство может регулировать температуру в диапазоне от минимального значения в 0°C, 10°C или 20°C до максимального значения в 40°C, 60°C или 80°C. С таким устройством регулирования температуры инкубационный этап может быть проведен без выгрузки блока реакционных ячеек из центрифуги. Подходящий температурный диапазон должен быть выбран в соответствии с видом проводимой биологической или химической реакции.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения корпус содержит автоматическую дверцу для загрузки и выгрузки блока реакционных ячеек, причем эту дверцу открывают для помещения блока реакционных ячеек во внутреннюю часть корпуса и его извлечения из внутренней части корпуса или для замены газа, содержащегося в корпусе.
Центрифуга может быть оборудована камерой для сканирования реакционных ячеек блока реакционных ячеек. Камера может быть размещена таким образом, чтобы поле обзора было направлено на донные поверхности реакционных ячеек или на их боковые поверхности. Блоки реакционных ячеек, такие как микротитрационные планшеты, содержащие реакционные ячейки, расположенные в двухмерной плоскости, предпочтительно сканируют со стороны донных поверхностей.
Блок реакционных ячеек, содержащий несколько реакционных ячеек, расположенных параллельно в ряд, такой как гелевая карта, содержит предпочтительные реакционные ячейки, окрашенные с одной стороны и выполненные из прозрачного материала с другой стороны. Окрашенная сторона улучшает контрастность при оптическом сканировании реакционных ячеек с прозрачной стороны.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения камера содержит источник света, в частности, стробоскопический источник света.
Вышеописанные варианты центрифуги предпочтительно реализованы таким образом, что ротор вращается вокруг горизонтальной оси вращения или оси вращения, ориентированной параллельно платформе центрифуги блока реакционных ячеек, которая выполнена с возможностью поддержания центрифуги блока реакционных ячеек в соответствии с ее целевым применением.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание многофункциональной центрифуги.
Данная цель достигается посредством центрифуги по пункту 13 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Центрифуга содержит ротор для удержания по меньшей мере одного блока реакционных ячеек, имеющего направленное в радиальном направлении наружу или внутрь отверстие(-я),
двигатель для вращения ротора вокруг оси вращения,
корпус, окружающий ротор,
причем корпус содержит два отверстия для загрузки и выгрузки блоков реакционных ячеек, которые расположены диаметрально противоположно относительно оси вращения. Благодаря двум отверстиям в центрифугу можно загрузить блок реакционных ячеек, причем отверстия реакционных ячеек могут быть направлены радиально наружу или радиально внутрь относительно оси вращения без необходимости переворачивания блока реакционных ячеек перед загрузкой в центрифугу. Такая центрифуга может быть использована, с одной стороны, для очистки и промывки, а с другой стороны, для центрифугирования. Поскольку нет необходимости в переворачивании блока реакционных ячеек, такая центрифуга может быть легко интегрирована в автоматическую лабораторную роботизированную систему и выполнять обе функции.
В соответствии с еще одним независимым пунктом настоящего изобретения предлагается центрифуга, содержащая
- ротор для удержания по меньшей мере одного блока реакционных ячеек, имеющего направленное в радиальном направлении наружу или внутрь относительно оси вращения отверстие(-я),
- двигатель для вращения ротора вокруг оси вращения и
- блок управления для контроля перемещения ротора вперед-назад на небольшое угловое расстояние, например, от 5° до 20° для встряхивания блока реакционных ячеек. Такое встряхивание может быть использовано для опустошения реакционных ячеек или для перемешивания содержимого реакционных ячеек с целью поддержания химических и/или биологических реакций.
Вышеописанные варианты центрифуги предпочтительно реализованы таким образом, что предлагается приемная секция для удержания блока реакционных ячеек, так что реакционные ячейки расположены по существу параллельно оси вращения. Таки образом, на весь пробный материал действует практически одинаковая центробежная сила. Это относится как к ряду небольших реакционных ячеек, расположенных по существу параллельно оси вращения, так и к большой емкости для проб, такой как контейнер для крови, основная протяженность которого параллельна оси вращения. Дополнительными примерами реакционных емкостей являются каналы, трубки, бутылки. Реакционные емкости могут быть расположены в микротитрационных планшетах, на полках для размещения отдельных бутылок или на других держателях для размещения любого вида емкости, такого как контейнер для крови, или на направляющих, имеющих конструкцию для размещения на них мазков жидкости.
Приемная секция может быть также реализована для удержания нескольких реакционных емкостей, которые расположены по существу сбоку от оси вращения. Это имеет место, например, в микротитрационном планшете, содержащем несколько рядов с большим количеством реакционных ячеек и несколько колонок с меньшим количеством реакционных ячеек. Ряды расположены параллельно оси вращения, причем колонки проходят сбоку от оси вращения. В таком случае целесообразно разместить блок реакционных ячеек на расстоянии от оси вращения, которое существенно превышает длину боковой протяженности блока реакционных ячеек. Расстояние между осью вращения и блоком реакционных ячеек должно быть не меньше боковой протяженности и в предпочтительном варианте по меньшей мере в полтора, два или три раза больше, чем боковая протяженность блока реакционных ячеек. При таком расположении также достигается примерно одинаковая центробежная сила, действующая на все пробы, находящиеся в различных реакционных ячейках. Боковая протяженность блока реакционных ячеек - это расстояние между центрами двух самых крайних боковых реакционных ячеек.
Еще одним преимуществом центрифуги с горизонтальной осью вращения является потребность в небольшом пространстве для платформы по сравнению с центрифугой, имеющей вертикальную ось вращения, расположенную перпендикулярно платформе.
Любая из вышеописанных центрифуг может быть объединена с раздаточным устройством для автоматического добавления текучей среды в реакционные ячейки блока реакционных ячеек. Такое раздаточное устройство предпочтительно расположено вблизи отверстия для помещения блока реакционных ячеек в центрифугу. Раздаточное устройство может содержать одно или большее количество дозирующих сопл. В предпочтительном варианте количество дозирующих сопл выбирается в зависимости от вида блока реакционных ячеек, используемого в центрифуге. Раздаточное устройство соединено с резервуаром для подаваемого раствора, для автоматического перекачивания которого к дозирующим соплам предлагается насос. В предпочтительном варианте осуществления изобретения в резервуаре для подаваемого раствора выполняется нагревательное устройство для подогрева подаваемого раствора.
В предпочтительном варианте осуществления центрифуга дополнительно содержит загрузочно-разгрузочный механизм, реализуемый таким образом, что блоки реакционных ячеек перемещаются ниже раздаточного устройства с тем, чтобы одним дозирующим соплом можно было последовательно наполнить подаваемой текучей средой несколько реакционных ячеек, расположенных в ряд по ходу движения блока реакционных ячеек.
Для промывки магнитных микроносителей ротор центрифуги для очистки и промывки блоков реакционных ячеек может быть оснащен магнитным элементом, создающим магнитное поле, воздействующее на реакционные ячейки, так что содержащиеся в них магнитные микроносители удерживаются на месте этим магнитным полем. Магнитный элемент может быть интегрирован в ротор, в частности, в стенку основания ротора, или может быть частью держателя блока реакционных ячеек. С применением такого магнитного элемента магнитные микроносители могут быть промыты посредством центрифугирования без их потери. Сочетание применения центрифуги для промывки и такого магнитного элемента позволяет регулировать частоту вращения таким образом, что все магнитные микроносители удерживаются в реакционных ячейках во время центрифугирования.
Кроме того, целью настоящего изобретения является предложение способа для опорожнения блока реакционных ячеек посредством центрифугирования.
Данная цель достигается за счет способа, в котором блок реакционных ячеек помещают в ротор, причем блок реакционных ячеек содержит по меньшей мере одну реакционную ячейку, имеющую отверстие, и размещают блок реакционных ячеек таким образом, что отверстие реакционной ячейки направлено в радиальном направлении наружу для опорожнения ячейки, а ротор приводят в движение вперед-назад для встряхивания блока реакционных ячеек.
После размещения по меньшей мере одной реакционной ячейки в блоке реакционных ячеек так, чтобы ее отверстие было направлено наружу в радиальном направлении, способ предпочтительно содержит три этапа. На первом этапе по меньшей мере одна реакционная ячейка переворачивается вверх дном посредством поворота ротора примерно на 180 градусов. Таким образом, реакционная ячейка перемещается из самого верхнего положения в центрифуге в самое нижнее положение. Скорость для этого полуоборота регулируется таким образом, чтобы быть ни слишком большой, ни слишком маленькой для предотвращения переливов между ячейками. В случае слишком медленного поворота пробная жидкость может перелиться из одной ячейки в другую соседнюю ячейку. В случае слишком быстрого поворота пробная жидкость может выплеснуться из ячеек на стенки корпуса. Поскольку в начале процесса ячейки заполнены большим объемом пробной жидкости, жидкость, выплеснувшаяся на стенки корпуса, может брызгать или капать обратно в ячейки. Однако, при выборе правильной скорости для полуоборота большая часть пробной жидкости в основном выльется из реакционной ячейки при переворачивании ячейки вверх дном и может быть легко собрана на дне корпуса. Во избежание переливов планшет должен быть повернут с предпочтительной угловой скоростью вращения от 0,2 до 1 секунды на 180 градусов.
На втором этапе блок реакционных ячеек встряхивается в самом нижнем положении при помощи блока управления для контроля перемещения ротора вперед-назад на небольшое угловое расстояние, например от 5° до 20°. В результате этого встряхивания пробная жидкость, не вылившаяся во время первого этапа поворота, будет удалена из реакционной ячейки.
Третий этап включает центрифугирование блока реакционных ячеек на высокой скорости (например, от 500 до 3500 об/мин) для удаления всей остаточной нежелательной пробной жидкости из реакционной ячейки.
Данный способ позволяет быстро и полностью опорожнить реакционную ячейку без риска каких-либо переливов и легко собрать стекшую пробную жидкость. После поворота заполненной реакционной ячейки(-ек) на 180 градусов остаточная жидкость останется в ячейке вследствие капиллярных сил. Встряхивание ячейки(-ек) в самом нижнем положении поможет преодолеть действие этих сил и удалить большее количество пробной жидкости. Однако, даже после этапа встряхивания небольшое количество жидкости может оставаться в ячейке. Это минимальное количество будет удалено на заключительном этапе фактического центрифугирования на высокой скорости в течение более длительного времени от 2 секунд до 1 минуты по часовой и/или против часовой стрелки. Таким образом, будет получена полностью осушенная реакционная ячейка, причем удаляемая жидкость легко может быть собрана на дне корпуса центрифуги.
Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение способа для проведения параллельных исследований посредством гелевого разделения, таких как определение группы крови, обеспечивающего высокую производительность.
Указанная цель достигается посредством способа по пункту 15 формулы изобретения. Способ включает следующие этапы, на которых:
- вносят пробный материал в области реакционных ячеек, расположенных в двухмерной матрице и заполненные гелем,
- выполняют центрифугирование матрицы реакционных ячеек, и
- выполняют оптическое детектирование реакционных ячеек.
Микротитрационный планшет содержит реакционные ячейки, расположенные в двухмерной плоскости. Таким образом, можно одновременно исследовать большее количество образцов по сравнению с блоками реакционных ячеек, имеющими только реакционные ячейки, расположенные в ряд.
Реакционные ячейки детектируются оптическими методами, причем показано, что оптическое детектирование с полем обзора снизу или сверху на реакционные ячейки матрицы реакционных ячеек (микротитрационного планшета) позволяет надежно определить, достигнут ли ожидаемый результат. Данный способ был применен для определения группы крови, где группы крови A, B и 0 могли быть автоматически и надежно определены.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения оптическое детектирование проводится с обеих сторон, снизу и сверху матрицы реакционных ячеек.
Дополнительно возможна автоматическая подготовка микротитрационных планшетов для таких исследований посредством гелевого разделения, в которой
реакционные ячейки микротитрационного планшета заполняют гелем, и
микротитрационный планшет центрифугируют с тем, чтобы освободить гель от пузырьков воздуха.
Этапы центрифугирования данного способа предпочтительно выполняют на центрифуге, как описано выше.
Вместо заполнения реакционных ячеек гелем микротитрационный планшет также может содержать уже заполненные гелем реакционные ячейки.
После помещения пробного материала и реагентов в реакционные ячейки на гелевый наполнитель может быть проведен инкубационный этап для выдерживания микротитрационного планшета при предварительно заданной температуре в течение определенного периода времени. В наиболее предпочтительном варианте микротитрационный планшет находится в центрифуге для проведения данного инкубационного этапа, причем центрифуга содержит соответствующее устройство регулирования температуры.
Предлагаемую центрифугу можно применять для различных видов пробирных анализов. Примерами возможных анализов являются определение группы крови при помощи микротитрационных планшетов, цитологические анализы, анализы с использованием магнитных микроносителей или ПЦР-диагностика с масляной пробкой для обеспечения формирования двух отдельных фаз, гарантирующих полное закрытие ячейки(-ек).
Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение способа проведения анализа с использованием магнитных микроносителей, в котором, в частности, применяют центрифугу по пункту 1 формулы изобретения, и включающего следующие этапы, на которых помещают защитную полость в реакционную ячейку, содержащую магнитные микроносители в пробной жидкости, помещают магнитный стержень в защитную полость для связывания магнитных микроносителей магнитными силами на выступе обратной стороны защитной полости, извлекают стержень вместе с защитной полостью и связанными магнитными микроносителями, помещают магнитный стержень и защитную полость со связанными магнитными микроносителями в пустую реакционную ячейку, выполняют центрифугирование магнитного стержня и защитной полости со связанными магнитными микроносителями в пустой реакционной ячейке для удаления остаточной пробной жидкости и перемещают магнитный стержень и полость со связанными магнитными микроносителями в следующую реакционную ячейку, содержащую пробную жидкость, реагенты или буферный раствор.
Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение способа проведения анализа с использованием системы стержней, в котором, в частности, применяют центрифугу по пункту 1 формулы изобретения, и включающего следующие этапы, на которых покрывают стержень антителами или антигенами, помещают стержень при помощи пипеточного наконечника в реакционную ячейку, содержащую пробную жидкость, перемещают стержень в пустую реакционную ячейку, выполняют центрифугирование стержня и реакционной ячейки для удаления остаточной пробной жидкости и перемещают стрежень к следующей реакционной ячейке, содержащей пробную жидкость, реагенты или буферный раствор.
В предпочтительном варианте осуществления способа проведения анализа с использованием системы стержней стержень переносят при помощи пипеточного наконечника.
Настоящее изобретение является доработкой центрифуги в соответствии с РСТ/ЕР 2013/052356, включенным в настоящую заявку посредством ссылки.
Далее настоящее изобретение описывается более подробно посредством примеров, показанных на прилагаемых чертежах, на которых:
Фиг. 1 изображает аксонометрический вид первого примера предлагаемой центрифуги;
Фиг. 2 изображает аксонометрический вид ротора и корпуса без передней торцевой стенки центрифуги в соответствии с фиг. 1;
Фиг. 3 изображает вид спереди ротора и корпуса без передней торцевой стенки;
Фиг. 4 изображает аксонометрический вид держателя блока реакционных ячеек;
Фиг. 5 изображает аксонометрический вид ротора содержащего держатель блока реакционных ячеек и блок реакционных ячеек;
Фиг. 6 изображает аксонометрический вид, схематически показывающий переднюю платформу, ротор и загрузочно-разгрузочный механизм;
Фиг. 7 изображает аксонометрический вид расположения в соответствии с фиг. 6 в зоне взаимодействия между ротором и загрузочно-разгрузочным механизмом;
Фиг. 8 изображает аксонометрический вид второго примера предлагаемой центрифуги;
Фиг. 9 изображает аксонометрический вид центрифуги в соответствии с фиг. 8 без корпуса;
Фиг. 10 изображает вид сбоку центрифуги в соответствии с фиг. 8 без корпуса;
Фиг. 11 изображает аксонометрический вид третьего примера предлагаемой центрифуги;
Фиг. 12 изображает аксонометрический вид центрифуги в соответствии с фиг. 11 без корпуса;
Фиг. 13 изображает вид сбоку центрифуги в соответствии с фиг. 11 без корпуса;
Фиг. 14 изображает аксонометрический вид еще одного примера центрифуги для центрифугирования гелевых карт, на котором корпус частично вырезан,
Фиг. 15 изображает один ротор и автоматическую крышку в соответствии с примером на фиг. 14; и
Фиг. 16 изображает аксонометрический вид держателя блока реакционных ячеек;
Фиг. 17 изображает пример возможной экспериментальной установки для проведения пробирных анализов с магнитными микроносителями и магнитными стержнями для одной реакционной емкости;
Фиг. 18a-d изображают различные виды стержней и пипеточных наконечников для перемещения стержней, а также микропланшет.
Согласно первому примеру центрифуга (фиг. 1 - фиг. 7) предназначена для очистки и промывки блоков реакционных ячеек. В качестве блоков реакционных ячеек использованы микротитрационные планшеты 2. Микротитрационные планшеты 2 содержат ряд реакционных ячеек 3, расположенных в двухмерной матрице. Такие микротитрационные планшеты обычно содержат 96, 384 или 1536 ячеек 3.
Центрифуга 1 содержит переднюю платформу 4, зону 5 центрифугирования и зону 6 привода (фиг. 1).
Передняя платформа 4 на виде сверху имеет прямоугольную форму, размер которой немного превышает размер стандартного микротитрационного планшета. На всех боковых кромках платформы 4 выполнены бортики 7 за исключением одной кромки, примыкающей к зоне 5 центрифугирования.
Зона 5 центрифугирования содержит ротор 8 и корпус 9. Ротор 8 установлен на горизонтальный вал 10 (фиг. 2, 3). Ротор 8 содержит две приемные секции, каждая для приема одного микротитрационного планшета 2. Приемные секции реализованы в виде планшетного подноса 11. Каждый поднос 11 задан прямоугольной стенкой 12 основания и двумя U-образными направляющими рейками 13. Каждая рейка 13 содержит основную стойку 14, боковую стойку 15, установленную на стенку 12, и боковую стойку 16, находящуюся на расстоянии от стенки 12. Стойки 14 расположены перпендикулярно к стенке 12, а стойки 15, 16 проходят от стойки 14 в направлении к центру ротора 8, так что рейки 13 расположены открытыми сторонами напротив друг друга.
Две стенки 12 двух подносов 11 параллельны друг другу, причем на участке между ними выполнены центральные отверстия 17, через которые проходит вал 10. Отверстия 17 расположены в центре масс ротора 8. Центр вала 10 определяет ось 18 вращения. Ротор 8 расположен симметрично относительно оси 18.
В данном варианте осуществления изобретения стенки 12, рейки 13 и участки между стенками 12 выполнены из цельной алюминиевой заготовки.
На переднем торце ротора 8 подносы 11 открыты, так чтобы в них можно было вставить посредством скользящего перемещения микротитрационный планшет. На заднем торце ротора 8 выполнен ограничительный элемент 19. В предпочтительном варианте осуществления изобретения ограничительный элемент 19 содержит магнитный элемент.
Участок между стенками 12 вырезан насколько это максимально возможно, и в стенках 12 выполнены отверстия для минимизации момента инерции.
В настоящем варианте осуществления изобретения подносы 11 предназначены для приема микротитрационного планшета 2 вместе с держателем 20 микротитрационного планшета (фиг. 4). Держатель 20 представляет собой прямоугольную раму, имеющую бортики 21 на боковых кромках, где внутренние поверхности бортиков 21 задают с небольшим зазором положение планшета 2 на держателе 20. Верхние поверхности бортиков наклонены внутрь, так чтобы микротитрационный планшет вставлялся посредством скользящего перемещения в участок, заданный бортиками 21.
Держатель 20 на одной боковой кромке содержит соединительный элемент, выполненный из магнитного материала, в частности, из ферромагнитного материала. Соединительный элемент 22 может взаимодействовать с магнитным ограничительным элементом 19 и ротором 8.
Расстояние от дальней или наружной стойки 16 до внутренней стойки 15 или до стенки 12 рассчитано таким образом, чтобы микротитрационный планшет 2 и держатель 20 удерживались в радиальном направлении с небольшим зазором. Этот зазор выполнен таким образом, что держатель 20 и планшет 2 могут быть легко вставлены посредством скользящего перемещения в поднос 11 и извлечены из него. Наружные боковые стойки 16 достаточно малы, чтобы не закрывать ячейки 3 планшета 2.
Ротор 8 окружен корпусом 23. Корпус 23 содержит цилиндрическую двойную стенку 24, переднюю торцевую стенку 25 и заднюю торцевую стенку 26 (фиг. 1, 2). Стенка 24 содержит нижнюю и верхнюю полуоболочки 27, 28, соединенные выступами 29, расположенными снаружи. Внутренняя поверхность стенки 24 имеет по существу форму цилиндра и расположена соосно с осью 18. Внутреннее пространство корпуса 23, заданное стенкой 24, стенкой 25 и стенкой 26, именуется далее "роторное пространство" 56.
В нижней части внутренней поверхности стенки 24 выполнен дренажный канал 30. Дренажный канал реализован в форме канавки, глубина которой постепенно увеличивается в направлении заднего торца корпуса 23 (фиг. 2). На заднем торце корпуса 23 к каналу 30 присоединен аспирационный насос (на чертежах не показан) для отсоса жидкости из корпуса 23. Канал 30 образует острые кромки с внутренней поверхностью стенки 24.
Ширина зазора g между самыми удаленными в радиальном направлении частями ротора 8 и внутренней поверхностью стенки 24 предпочтительно составляет не более 1 мм, в частности, не более 0,75 мм, и наиболее предпочтительно не более 0,5 мм. Чем меньше зазор, тем более сильный круговой поток воздуха образуется при вращении ротора 8 в корпусе 23. Однако данный зазор g предпочтительно должен быть не менее 0,1 мм, и в частности, не менее 0,2 мм или 0,3 мм, поскольку такие маленькие зазоры могут привести к контакту ротора с жидкостной пленкой на внутренней поверхности стенки 24. Ниже приводится более подробное описание.
Выступы 29 нижней полуоболочки 27 соединены с опорами 31 для крепления корпуса 23 на платформе (не показана).
Стенка 25 содержит отверстие 32 в форме прямоугольного окошка. Для закрывания отверстия 32 выполнена автоматическая дверца. Отверстие 32 расположено на уровне передней платформы 4. В положении загрузки стенки 12 ротора 8 расположены горизонтально, причем стенка основания верхнего подноса 11 расположена на одном уровне с платформой 4, так что держатель 20 и планшет 2 могут быть сдвинуты в горизонтальном направлении с платформы 4 в верхний поднос 11 и наоборот.
Зона 6 привода содержит двигатель (не показан) для вращения вала 10 и ротора 8. Двигатель соединен с блоком управления для осуществления регулирования частоты вращения.
Зона 6 привода также включает загрузочно-разгрузочный механизм 33 для загрузки блока реакционных ячеек, в качестве которого в настоящем варианте осуществления изобретения выступает планшет 2, в центрифугу 1 и выгрузки его из нее.
Механизм 33 содержит гибкую удлиненную балку 34 для подвода и отвода планшета 2 или держателя 20 вместе с планшетом 2. Балка 34 выполнена из полосы листового металла, которая слегка изогнута в направлении, поперечном ее продольному направлению. Таким образом, металлический лист обеспечивает определенную жесткость при линейном вытягивании, а с другой стороны, может сгибаться вокруг оси, поперечной продольному направлению. Применение таких изогнутых полос листового металла известно в металлических измерительных рулетках.
В настоящем варианте осуществления изобретения один конец балки 34 закреплен на внутренней стенке 35 зоны 6 привода, причем балка выходит из внутренней стенки 35 в обратном направлении. Балка 34 изогнута с поворотом на 180 градусов, так что свободный конец 36 балки направлен вперед, и балка выдвигается через окошко в стенке 35. Таким образом, балка содержит верхнюю полосу 37, прикрепленную к стенке 35, и нижнюю полосу 38, выдвигающуюся через окошко стенки 35. Полоса 38, выдвигающаяся через стенку 35 и содержащая свободный конец 36, зажата между двумя роликами 40, один из которых приводится в движение шаговым двигателем 41. На чертежах показан только один из двух роликов. Конец 36 балки 34 оснащен магнитным элементом 42. Балка 34 может приводиться в действие шаговым двигателем 41, так что конец 36 с магнитным элементом 42 проходит через зону 5 центрифугирования и отверстие 32 в стенке 25. Таким образом, конец 36 балки 34 в максимально выдвинутом положении достигает области передней платформы 4. В максимально отведенном положении конец 36 балки 34 расположен позади ротора 8 и, в частности за пределами зоны 5 центрифугирования, так что ротор 8 может свободно вращаться.
Механизм 33 может быть соединен с держателем 20, помещенным на платформе 4, просто вытягиванием балки 34 до соединения магнитного элемента 42 балки с соединительным элементом 22 держателя 20. При отводе балки 34 держатель 20 остается на одном из подносов 11 ротора 8. Когда держатель 20 упирается в стопор 19, соединение между элементом 42 балки 34 и элементом 22 держателя 20 расцепляется посредством дальнейшего отвода балки, и вместе с тем элемент 22 держателя 20 соединяется с магнитным элементом ограничительного элемента 19 и таким образом фиксируется на месте в роторе 8.
Механизм 33 позволяет осуществлять соединение центрифуги 1 с любой системой транспортировки для перемещения микротитрационных планшетов в автоматической лабораторной роботизированной системе. Манипулятор роботизированной системы просто должен поместить планшет 2 на держатель 20, расположенный на платформе 4. После чего механизм 33 может загрузить и разгрузить ротор 8. Кроме того, центрифуга 1 без передней панели может быть расположена непосредственно рядом с транспортной лентой для перемещения микротитрационных планшетов, где планшет 2 может быть снят с транспортной ленты механизмом 33 и снова на нее установлен. В настоящем варианте осуществления изобретения используется держатель 20, имеющий элемент 22. Кроме того, можно оборудовать планшеты 2 такими соединительными элементами 22, что держатель микротитрационного планшета не потребуется.
Еще одним преимуществом является то, что механизм 33 расположен в задней части зоны 5 центрифугирования, так что центрифуга 1 может быть соединена с существующим лабораторным манипулятором роботизированной системы без промежуточных устройств. Это облегчает интеграцию центрифуги в существующие лабораторные роботизированные системы.
Кроме того, механизму 33 требуется лишь небольшое установочное пространство. Это установочное пространство может быть даже еще больше уменьшено, если балка намотана на катушку, а не согнута в две полосы.
Центрифуга 1 применяется для очистки планшетов 2. Планшет 2, содержащий жидкость в ячейках 3, размещают на держателе 20, расположенном на платформе 4. Держатель 20 вставляют вместе с планшетом 2 в один из подносов 11 при помощи механизма 33. Держатель 20 соединяется со ограничительным элементом 19 посредством магнитных соединительных элементов.
Ротор вращается, при этом скорость вращения регулируется блоком управления в диапазоне 5-3000 об/мин. Под действием центробежной силы жидкость вытесняется из ячеек 3. Посредством этой центифужной промывки можно надежно удалить жидкость даже из маленьких реакционных ячеек, в которых возникают капиллярные силы. Таким образом, жидкость может быть надежно удалена из микротитрационных планшетов, имеющих 384 или 1536 реакционных ячеек.
При центрифугировании жидкость вытесняется из ячеек 3, и капли жидкости падают на внутреннюю поверхность стенки 24, образуя на ней жидкостную пленку. Благодаря вращению ротора 8 и небольшому зазору между ротором 8 и внутренней поверхностью стенки 24 образуется сильный вихревой поток воздуха, который заставляет жидкостную пленку на внутренней поверхности стенки 24 течь в направлении вращения ротора. Таким образом, жидкость сгоняют в канал 30, из которого ее отводят посредством аспирационного насоса.
Для надежного удаления жидкости из внутреннего пространства корпуса 23 частота вращения предпочтительно составляет по меньшей мере 500 об/мин, в частности, 1000 об/мин и наиболее предпочтительно 1500 об/мин. Частота вращения должна регулироваться в зависимости от поверхностного натяжения жидкости и величины зазора между ротором 8 и стенкой 24.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения направление вращения в конце этапа центрифугирования меняется, так что жидкостная пленка на внутренней поверхности стенки 24 в задней части канала 30 относительно первого направления вращения сгоняется в канал 30 посредством вращения ротора 8 в обратном направлении.
Показано, что остаточный объем жидкости, оставшейся в реакционной ячейке после центрифугирования микротитрационного планшета, был менее 0,01 мкл применительно к объему жидкости порядка 200 мкл. В качестве жидкости может использоваться промывочный раствор, так что одним промывочным этапом достигается коэффициент разбавления 20000:1. Обычные промывочные машины для промывания микротитрационных планшетов обеспечивают коэффициент разбавления 40:1. Применение такой центрифуги увеличивает коэффициент разбавления в 5000 раз.
Для иммунохимического анализа применяются микротитрационные планшеты, содержащие реакционные ячейки с покрытием. Покрытие обеспечивает иммобилизацию первого специфического связывающего элемента в реакционной ячейке. В типичных способах иммунохимического анализа, таких как твердофазный ИФА, второй специфический связывающий элемент образует соединение с первым специфическим иммобилизованным связывающим элементом. Неспецифически связанные компоненты должны быть удалены из реакционных ячеек. С центрифугой 1 этого можно достичь за меньшее количество этапов промывки посредством подачи определенного промывочного раствора в ячейку 3, центрифугирования микротитрационного планшета и впоследствии повторения этапа промывки.
Если используются микротитрационные планшеты с большим количеством реакционных ячеек, например, микротитрационные планшеты, имеющие 96 реакционных ячеек, полезно в начале процедуры повернуть ротор один раз на 180°, так чтобы отверстия ячеек 3 оказались направленными вниз. Тогда большое количество жидкости вытечет из реакционных ячеек. Это можно подкрепить встряхиванием микротитрационного планшета, когда ротор движется вперед-назад на небольшое угловое расстояние порядка 5°-20°.
Кроме того, известен способ иммобилизации первого специфического связывающего элемента посредством магнитных микроносителей. Магнитные микроносители можно поместить в реакционные ячейки микротитрационного планшета, в которых могут проводиться иммунохимические анализы (иммуноферментный анализ (ИФА), иммунохемилюминесцентный анализ (ИХЛ)). В любом случае, магнитные микроносители должны быть промыты.
18
Различия в эффективности промывания микроносителей или других твердых частиц зависят от количества необходимых этапов промывки. Типичный высокочувствительный анализ (например, по технологии компании Quanterix, США) требует до 12 последовательных этапов промывки, поскольку остаточный объем должен быть разбавлен более чем в 10 раз. Промывка путем центрифугирования ведет к существенному улучшению процесса проведения анализов за счет значительного снижения количества этапов промывки.
Для промывки магнитных микроносителей предлагается держатель 20 (фиг. 16) микротитрационного планшета, содержащий планшет, имеющий ряд магнитных элементов 57. Это может быть один большой магнит, покрывающий площадь планшета, или большее количество магнитных элементов, равномерно распределенных на указанном планшете. Данные магнитные элементы 57 создают магнитное поле, воздействующее на реакционные ячейки. Во время этапа промывки скорость вращения центрифуги регулируется таким образом, чтобы центробежная сила, приложенная к магнитным микроносителям, была меньше, чем магнитная сила между магнитными микроносителями и магнитными элементами держателя микротитрационного планшета. И магнитная сила, и центробежная сила зависят от размера и материала магнитных микроносителей. Показано, что можно надежно промыть магнитные микроносители, не потеряв при этом ни одного магнитного микроносителя. На этапе калибровки выявляются магнитные микроносители, содержащиеся в жидкости, удаленной аспирационным насосом из роторного пространства 56, где скорость вращения постепенно увеличивается. Это может быть осуществлено посредством магнитного датчика, такого как датчик Холла, расположенного рядом с выпускным отверстием канала 30. После обнаружения в жидкости магнитного микроносителя фактическая скорость вращения фиксируется и снижается на определенное небольшое заданное значение. Эта скорость вращения используется на последующих этапах промывки для промывки магнитных микроносителей.
Вышеописанный первый пример центрифуги 1 содержит в предпочтительном варианте осуществления цилиндрическую стенку 24, выполненную из теплопроводного материала, например, алюминия. Двойная стенка может быть оснащена охлаждающими средствами с тем, чтобы внутренняя поверхность стенки 24 могла охлаждаться. В предпочтительном варианте осуществления изобретения внутренняя поверхность стенки 24 имеет более низкую температуру, чем ротор 8 и любая другая деталь внутри стенки 24. Тем самым обеспечивается конденсирование текучей среды только на внутренней поверхности стенки 24, а не на роторе 8 или какой-либо другой детали. Текучая среда, конденсированная на внутренней поверхности стенки 24, надежно отводится через канал 30 из корпуса 23, как описано выше. В предпочтительном варианте осуществления изобретения температура внутренней поверхности стенки 24 поддерживается по меньшей мере на 2°С или 3°С или даже на 5°С ниже, чем температура других деталей внутри роторного пространства 56 и/или ниже, чем температура газа, содержащегося в пространстве 56, с тем чтобы текучая среда, образовавшаяся из жидкости в реакционных ячейках, превратившейся в газ, находящийся в роторном пространстве, повторно конденсировалась только на внутренней поверхности стенки 24. Посредством охлаждения стенки 24 можно обеспечить отвод летучих жидкостей из газовой среды в корпусе 23 и полное их удаление из корпуса 23.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве охлаждающего устройства для охлаждения стенки 24 используется термоэлектрический элемент Пельте, в частности, термоэлектрическая фольга, покрывающая наружную поверхность стенки 24. Такой термоэлектрический элемент отводит тепло стенки 24 наружу в радиальном направлении. Таким образом, внутренняя поверхность стенки 24 оказывается охлажденной, а наружная поверхность термоэлектрического элемента теплой. Следовательно, конденсация текучей среды происходит только на внутренней поверхности стенки 24, а не на какой-либо другой части центрифуги.
Центрифуга 1 может содержать систему вентиляции для замены газа или воздуха соответственно в пространстве 56. Вентиляционная система содержит вентилятор, соединенный с отверстием, например, в стенке 26. Когда отверстие 32 в стенке 25 открыто, воздух в пространстве 56 может быть заменен посредством приведения в действие вентилятора. Замена газа или воздуха обычно производится между двумя последовательными процессами центрифугирования.
Кроме того, вентиляционная система может быть объединена с нагревательным/охлаждающим устройством так, чтобы воздух, попадающий в пространство 56 нагревался или охлаждался. Такая вентиляционная система образует устройство регулирования температуры для регулирования температуры внутренней части пространства 56 до заданного значения.
Второй пример центрифуги (фиг. 8 - фиг. 10) предназначен для центрифугирования блоков реакционных ячеек. В качестве блоков реакционных ячеек применяются микротитрационные планшеты 2. Второй пример центрифуги 1 реализован аналогично первому примеру, так что аналогичные детали имеют такие же ссылочные позиции. Эти детали идентичны деталям первого примера, если не дается отличающееся описание.
Данная центрифуга 1 содержит переднюю платформу 4, зону 5 центрифугирования и зону 6 привода (фиг. 9). Зона 5 содержит ротор 8, установленный на горизонтальном валу 10 (фиг. 9). Ротор содержит одну приемную секцию или планшеточный поднос 11 для приема одного микротитрационного планшета 2. Поднос 11 задан прямоугольной стенкой 12 основания и двумя U-образными направляющими рейками 13. Стенка 12 соединена посредством опорных лап 43 с выступом 44, образуя центральное отверстие 17, через которое проходит вал 10. Во втором примере расстояние между стенкой 12 и валом 10 намного больше, чем в первом примере. С таким ротором блоки реакционных ячеек могут быть центрифугированы, имея боковую протяженность, почти с одинаковым воздействием центробежной силы на все реакционные ячейки. В предпочтительном варианте осуществления изобретения расстояние от подноса 11 до оси 18 вращения больше, чем боковая протяженность блока реакционных ячеек, в частности, по меньшей мере в 1,5 или 2 раза больше боковой протяженности блока реакционных ячеек.
Диаметрально противоположно приемной секции или подносу 11 расположен противовес 45, прикрепленный к выступам 44 посредством дополнительных лап 46. Вместо противовеса 45 может быть выполнен еще один планшетный поднос, выполненный с возможностью приема микротитрационного планшета или держателя микротитрационного планшета вместе с планшетом, с образованием противовеса, выполненного с возможностью регулирования в зависимости от вида микротитрационного планшета, используемого в другом подносе 11.
Отверстие 32 в стенке 25 выполнено на уровне крайнего нижнего положения подноса 11, которое является положением загрузки ротора 8. Платформа 4 выполнена на уровне стенки 12 подноса 11 в положении загрузки так, что микротитрационный планшет или микротитрационный планшет на держателе может быть сдвинут с платформы 4 на стенку 12 и наоборот, причем отверстия ячеек 3 планшета 2 направлены к валу 10.
Отверстие 32 в стенке 25 может закрываться автоматической дверцей (не показана).
Центрифуга 1 содержит двигатель 47 для привода вала 10 и такой же загрузочно-разгрузочный механизм 33, как в первом примере, в котором гибкая удлиненная балка 34 расположена таким образом, что ее свободный конец 36 и магнитный элемент 42 находятся немного выше уровня стенки 12 в положении загрузки ротора 8, для загрузки и выгрузки микротитрационного планшета или микротитрационного планшета на держателе микротитрационного планшета.
Данная центрифуга предназначена для центрифугирования планшета 2. Поскольку расстояние между микротитрационным планшетом и валом 10 или осью 18 большое, на текучую среду в различных ячейках 3 действует примерно одинаковое центробежное ускорение. Следовательно, достигается одинаковый центробежный эффект независимо от того, находится ли текучая среда в центральной реакционной ячейке или в боковой.
Для регулирования скорости и ускорения ротора выполнен блок управления. Частота вращения ротора находится в диапазоне от 100 до 3000 об/мин. Ускорение и торможение ротора находится в диапазоне от 100 до 1200 (об/мин)/с. При запуске ротора ему придают ускорение так, что после поворота примерно на 180° действует центробежное ускорение по меньшей мере величиной 1g с тем, чтобы текучая среда не вытекала из реакционных ячеек, когда их отверстия направлены вниз. Микротитрационные планшеты с глубокими лунками в качестве реакционных ячеек можно ускорять как угодно быстро. Однако ускорение микротитрационных планшетов с маленькими лунками в качестве реакционных ячеек может привести к загрязнению в результате расплескивания текучей среды из одной реакционной ячейки в соседнюю ячейку вследствие ускорения. Опасность такого загрязнения расплескиванием зависит от объема заполнения реакционных ячеек и их формы. Показано, что при ускорении до 500-1200 (об/мин)/с загрязнение вследствие расплескивания не происходит.
Третий пример центрифуги (фиг. 11 - фиг. 12) предназначен для очистки и промывки блоков реакционных ячеек, а также для их центрифугирования. Данная центрифуга 1 реализована аналогично центрифуге, представленной в первом примере. Аналогичные детали имеют такие же ссылочные позиции, как и в первом примере.
Центрифуга 1 содержит переднюю платформу 4, зону 5 центрифугирования и зону 6 привода (фиг. 12, 13).
Платформа 4 соединена с подъемными средствами 48 для перемещения платформы 4 вверх и вниз, при этом платформа 4 остается в горизонтальном положении. Отверстие 32 в стенке 25 больше, чем в первом примере, так что оно охватывает и самое верхнее, и самое нижнее положение подноса 11 ротора 8. Платформу 4 можно перемещать при помощи средств 48 между самым верхним и самым нижним положением стенки 12 подноса 11.
В верхнем положении платформа 4 находится на одном уровне со стенкой 12 подноса 11, находящегося в крайнем верхнем положении, так что микротитрационный планшет или микротитрационный планшет на держателе может быть сдвинут в горизонтальном направлении с платформы 4 на стенку 12 и наоборот. В верхнем положении платформы 4 в ротор загружается или из ротора выгружается микротитрационный планшет, отверстия которого направлены радиально наружу.
В нижнем положении платформа 4 находится на одном уровне со стенкой 12 подноса 11, находящегося в крайнем нижнем положении, так что микротитрационный планшет или микротитрационный планшет на держателе может быть сдвинут в горизонтальном направлении с платформы 4 на стенку 12 и наоборот. В этом положении в поднос 11 загружается или из подноса выгружается микротитрационный планшет, отверстия которого направлены радиально внутрь или в направлении к валу 10.
В верхнем положении в ротор может быть загружен микротитрационный планшет для очистки или промывки реакционных ячеек, а в нижнем положении в ротор может быть загружен микротитрационный планшет для центрифугирования содержимого реакционных ячеек. По этой причине данная центрифуга называется гибридной, так как приспособлена для очистки и промывки микротитрационных планшетов, с одной стороны, и для центрифугирования содержимого микротитрационных планшетов, с другой стороны.
Центрифуга 1 содержит два загрузочно-разгрузочных механизма 33, каждый из которых имеет гибкую удлиненную балку 34 и шаговый двигатель 41 для приведения в действие соответствующей балки 34. Кроме того, выполнен двигатель 47 для приведения в действие вала 10, вращающего ротор 8 вокруг оси 18.
Рядом с верхней частью отверстия 32 стенки 25 расположена раздаточная планка 49 (фиг. 12). Данная планка 49 содержит ряд дозирующих сопл 50, расположенных в линию. Для каждой реакционной ячейки в колонке микротитрационного планшета выполнено соответствующее сопло 50 в планке 49. Планка 49 соединена с резервуаром подаваемой текучей среды, в частности, промывочной текучей среды, и насосом, так что подаваемая текучая среда может подаваться через сопла 50 в реакционные ячейки. Подаваемую текучую среду можно подогревать в резервуаре. Добавление подогретого промывочного раствора повышает эффективность промывки.
Благодаря применению механизма 33 каждая колонка реакционных ячеек микротитрационного планшета может быть отдельно расположена под планкой 49 для добавления текучей среды в реакционные ячейки соответствующей колонки. Раздаточная планка, интегрированная в центрифугу, позволяет очень быстро повторить несколько этапов промывки, включающих этап очистки или промывки посредством центрифугирования микротитрационного планшета и этап добавления текучей среды между отдельными этапами центрифугирования.
Вышеописанные примеры показывают центрифуги, предназначенные для очистки, промывки и/или центрифугирования микротитрационных планшетов. Фиг. 14 и 15 изображают еще один пример центрифуги для центрифугирования гелевых карт. Гелевые карты представляют собой блоки реакционных ячеек, имеющие ряд реакционных ячеек, которые расположены в одну линию. Такие гелевые карты имеют глубокие лунки.
Центрифуга 1 в соответствии с четвертым вариантом содержит корпус 51 центрифуги, в котором располагаются четыре центрифужных блока, каждый из которых содержит ротор 52 и автоматическую крышку 53 для индивидуального открывания и закрывания каждого центрифужного блока. Каждый ротор 52 имеет отдельный привод от двигателя (не показан), причем роторы 52 могут вращаться независимо друг от друга.
Каждый центрифужный блок содержит камеру 54 для детектирования гелевых карт 55, установленных в соответствующем роторе 52. Камера 54 содержит источник света.
Для проведения оптического детектирования вращение ротора прекращают, и содержимое реакционных ячеек и гелевой карты оптически детектируют и анализируют. После проведения оптического детектирования и анализа центрифугирование может быть продолжено, а указанные этапы могут быть повторены неоднократно. Таким образом, можно отслеживать воздействие центрифугирования на содержимое реакционных ячеек без выгрузки гелевой карты из центрифужного блока.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве источника света камеры 54 применяется стробоскопический источник света. Генерация импульсного света при использовании такого стробоскопического источника света синхронизируется с вращением ротора и гелевой карты соответственно, так что световые импульсы генерируются как раз в тот момент, когда гелевая карта находится в поле обзора камеры 54. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 14 и 15, поле обзора камеры расположено таким образом, чтобы детектировать гелевую карту в крайнем нижнем положении. Применение такого стробоскопического источника света позволяет размещать камеру и источник света для детектирования гелевой карты в любом другом положении вращения, так как изображение гелевой карты можно получить без остановки вращения.
Гелевые карты 55, выполненные из прозрачного пластика, хорошо известны в данной области техники. В предпочтительном варианте осуществления изобретения применяются гелевые карты, в которых одна сторона реакционных ячеек окрашена, а другая сторона выполнена из прозрачного материала. Цвет окрашенной стороны предпочтительно светлый, например, белый или светло-серый. Данная окрашенная сторона может быть реализована цветным пластиком или цветным покрытием, нанесенным на одну сторону гелевой карты. Такая гелевая карта оптически сканируется с прозрачной стороны, тогда как окрашенная сторона обеспечивает цветной фон. Данный цветной фон повышает контрастность, так что возможно надежное оптическое детектирование даже в случае относительно слабой мощности оптического излучения источника света. Такие гелевые карты предпочтительно применяются для проведения анализов крови, в частности, для определения группы крови. Агглютинация эритроцитов может быть детектирована с высокой контрастностью напротив светлого, в частности, белого или серого, фона. Такие гелевые карты, имеющие окрашенную сторону, образуют отдельную идею изобретения.
Четвертый пример показывает камеру в центрифуге для вращения гелевых карт. Такая камера может также быть выполнена в центрифуге для центрифугирования микротитрационных планшетов. В такой центрифуге камера и соответствующий источник света располагаются в корпусе, окружающем ротор, и имеют свое поле обзора, так что изображение дна всех реакционных ячеек получается, когда их отверстия направлены к валу ротора.
Во всех вышеописанных примерах, как правило, блоки реакционных ячеек, имеющие реакционные ячейки с незакрытыми отверстиями, могут быть помещены в центрифугу в их обычном положении, когда отверстия направлены вверх, так что пробная жидкость надежно остается в реакционных ячейках. Это позволяет легко объединить центрифугу с автоматической роботизированной системой, как правило, содержащей манипуляционное устройство для перемещения блоков реакционных ячеек в их обычном положении. В четвертом примере гелевые карты могут быть загружены сверху в приемные секции соответствующих роторов. В первом, втором и третьем примерах микротитрационные планшеты могут быть помещены на переднюю платформу. Горизонтальная ось вращения облегчает перемещение блоков реакционных ячеек в их обычном положении. Кроме того, в соответствии с вышеприведенными примерами блоки реакционных ячеек в центрифуге всегда удерживаются в точно заданном положении. В этом случае отсутствует неконтролируемая степень свободы, в отличие от центрифуг с бакет-ротором. Это заданное положение позволяет интегрировать дополнительные функциональные элементы в зону центрифугирования, такие как камера (как описано выше) или пипеточные средства. Если необходимо автоматически получать изображение реакционных ячеек, нужно точно знать их положение, даже если они вращаются. Предлагаемая центрифуга может быть дополнительно модифицирована путем оснащения раздаточными средствами для добавления жидкости в реакционные ячейки при нахождении блока реакционных ячеек в роторе центрифуги. Например, второй вариант предлагаемой центрифуги может быть модифицирован таким образом, что в верхней части стенки 24 выполнена автоматическая крышка, над которой расположена раздаточная планка, содержащая несколько дозирующих сопл. Это позволяет добавлять промывочную текучую среду в реакционные ячейки, не вынимая их из ротора. Центрифуги 1 для центрифугирования микротитрационных планшетов могут быть оснащены втягивающейся раздаточной планкой, которая может автоматически перемещаться в участок между подносом 11 и валом, когда планшетный поднос находится в крайнем нижнем положении. Тогда можно автоматически добавлять реакционные растворы в реакционные ячейки, расположенные в роторе 8, которые могут быть далее обработаны центрифугированием содержимого реакционных ячеек.
Далее описаны несколько примеров применения предлагаемой центрифуги:
Существует большая необходимость повышения производительности в отношении процесса определения группы крови в банках крови. Как правило, автоматическое определение группы крови проводится при помощи гелевых карт. Такие гелевые карты могут быть легко оптически сканированы и проанализированы. Однако количество реакционных ячеек в таких гелевых картах ограничено, поскольку реакционные ячейки расположены в один ряд, а не в двухмерной матрице, как это реализовано в микротитрационных планшетах.
Центрифуга 1 в соответствии со вторым или третьим примером может быть применена для определения группы крови при помощи микротитрационных планшетов. Определение группы крови осуществляется в соответствии с нижеприведенной последовательностью действий:
1. Определенное количество геля автоматически добавляют в реакционные ячейки микротитрационного планшета при помощи диспенсера.
2. Микротитрационный планшет размещают на платформе 4 центрифуги 1. Микротитрационный планшет загружают в поднос 11 ротора 8 при помощи механизма 33. Отверстие 32 стенки 25 закрывают.
3. Микротитрационный планшет располагают в роторе таким образом, что его отверстия направлены к валу или оси вращения соответственно. При вращении ротора 8 содержимое реакционных ячеек микротитрационного планшета центрифугируется, так что гель освобождается от пузырьков воздуха и оседает на дно реакционных ячеек очень однородно, что приводит к одинаковой высоте заполнения в каждой реакционной ячейке.
4. Микротитрационный планшет выгружают из ротора при помощи механизма 33 и сдвигают на платформу 4.
5. Пробный материал, например, один известный тип эритроцитов (RBS) и один неизвестный тип эритроцитов и соответствующие реагенты добавляют в заполненные гелем ячейки 3.
6. Микротитрационный планшет автоматически загружают в ротор при помощи механизма 33, при этом отверстие 32 автоматически открывается и закрывается.
7. Внутреннее пространство зоны центрифугирования выдерживают в течение определенного периода времени при предварительно заданной температуре, так что происходит инкубирование содержимого реакционных ячеек микротитрационного планшета. На инкубационном этапе два различных типа проб крови агглютинируют, а, если пробы одного и того же типа, они не вступают в реакцию друг с другом.
8. Микротитрационный планшет центрифугируют. Если пробы крови агглютинируют, они остаются на поверхности или в верхней части геля. Если пробы крови не вступают друг с другом в реакцию, кровь погружается в гель и достигает нижней его части.
9. Микротитрационный планшет выгружают из ротора на переднюю платформу при помощи механизма 33, при этом отверстие 32 автоматически открывается.
10. Микротитрационный планшет отправляют к оптическому сканеру. Оптический сканер сканирует микротитрационный планшет, имея поле обзора снизу и/или сверху. Не вступившие в реакцию пробы крови детектируются как красные пятна на дне реакционных ячеек. Верхняя часть геля оказывается чистой. Агглютинировавшие пробы крови покажут другой рисунок, поскольку агглютинировавшие эритроциты останутся в виде дисперсной структуры в верхней части геля. Показано, что при оптическом детектировании с полем обзора снизу группы крови А, В и 0 могут быть надежно детектированы и распознаны. Применение микротитрационных планшетов для определения группы крови значительно повышает производительность и снижает расходы при определении группы крови на основе геля посредством миниатюризации и повышения параллелизации.
Данный способ осуществляется в центрифуге в соответствии со вторым или третьим примером. В предпочтительном варианте осуществления изобретения такая центрифуга оснащена камерой, так что необязательно перемещать микротитрационный планшет к отдельному сканеру.
Для цитологических анализов также требуются этапы промывки, аналогичные этапам промывки для анализов с использованием магнитных микроносителей. Клетки могут быть прикреплены к поверхности микропланшетов центрифугированием. Таким образом, предпочтительной является гибридная система центрифуги в соответствии с третьим примером, объединяющая центрифугирование и промывку на последующих этапах цитологического анализа. Планшет с клетками может быть помещен на переднюю платформу, которую можно перемещать между верхним и нижним положениями. В нижнем положении загрузки планшет загружают в центрифугу таким образом, что его отверстия направлены к оси центрифуги, и клетки осаждаются на дне планшета, где они могут быть прикреплены. Затем (например, после обработки действующим веществом) клетки промываются в том же устройстве посредством перемещения планшета в верхнее положение загрузки центрифуги так, что его отверстия оказываются направленными в противоположную от оси ротора сторону. Гибридная система объединяет различные этапы технологического процесса в одном устройстве и является чрезвычайно полезной для автоматизации, экономя пространство в роботизированных системах.
Магнитные микроносители могут быть равномерно распределены в растворе в реакционной ячейке. Магнитные силы намного сильнее действуют на микроносители в нижней части реакционной ячейки, чем в ее верхней части. Следовательно, целесообразно сначала центрифугировать реакционные ячейки, содержащие микроносители (этап центрифугирования с отверстиями реакционных ячеек, направленными радиально внутрь), а после этого промывать микроносители в центрифуге (этап промывки с отверстиями реакционных ячеек, направленными радиально наружу). Это в особенности предпочтительно, когда используется микротитрационный планшет с глубокими лунками, в котором реакционные ячейки имеют высоту не менее 10 мм. При этом способе для промывки магнитных микроносителей можно использовать маленькие и легкие магниты в сочетании с глубокими лунками.
В данной процедуре важно использование большого объема взятой крови, поскольку чувствительное детектирование вирусных нуклеиновых кислот в процессе скрининга банка крови начинается при больших объемах.
Некоторые исследования с применением магнитных микроносителей 59 также включают магниты, например, магнитные стержни 57, для сбора или удержания микроносителей (фиг. 17). Один пример такой экспериментальной установки может, кроме того, содержать своего рода защитную полость 58 для магнитного стержня во избежание контакта стрежня с пробной жидкостью/реагентом/буферным раствором 60 и т.д. В результате, выступающая часть защитной полости может быть помещена в пробную жидкость/реагент/буферный раствор и т.д., тогда как магнитный стержень находится внутри полости, не имея контакта с жидкостью. Благодаря магнитным силам, действующим через полость, магнитные микроносители будут удерживаться на выступающей части полости с обратной стороны от стержня.
Выступающие части защитных полостей должны иметь форму, подходящую для погружения в пробную жидкость или по меньшей мере иметь возможность располагаться достаточно близко к микроносителям, чтобы собрать их посредством магнитных сил через стенку полости. Возможная защитная полость может, например, быть чем-то вроде негативной копии ячейки 3 или микропланшета, содержащего микроносители. Защитная полость является ответной частью магнитного стрежня, так что стержень может быть плотно закрыт защитной полостью. Если защитную полость поместить в планшет/реакционную ячейку, содержащую микроносители, и вставить, например, магнитный стержень внутрь защитной полости, то магнитные микроносители будет собраны с наружной стороны нижней части защитной полости.
Данное устройство, содержащее защитную полость и по меньшей мере один магнитный стержень, можно перемещать, причем магнитные микроносители прикрепляются к наружной поверхности защитной полости.
Этот способ применяют для перемещения микроносителей вместе со связанным материалом к другому планшету для следующего этапа исследований, содержащего соответствующий раствор. Однако вместе с микроносителями из одного планшета в другой будет перенесено и остаточное количество жидкости. В случае исследований с несколькими этапами перемещения количество нежелательной перенесенной жидкости может составить в итоге высокий процент. Для решения данной проблемы можно применить центрифугу в соответствии с настоящим изобретением. Для этого защитную полость вместе с магнитным стержнем, удерживающим магнитные микроносители на обратной стороне реакционной ячейки, переносят в новый пустой планшет и помещают в предлагаемую центрифугу (этап центрифугирования с отверстием реакционной ячейки, направленным радиально внутрь).
С помощью соответствующей скорости центрифугирования остаточную жидкость 61 удаляют с микроносителей, тогда как сами микроносители остаются прикрепленными к обратной стороне защитной полости вследствие действия магнитных сил. Соответствующую скорость необходимо регулировать в зависимости от применяемых магнитов. После завершения данного этапа промывочный планшет может быть выброшен, а защитная полость вместе с высушенными микроносителями может быть перемещена в новый планшет, необходимый для следующего этапа исследований.
Другая экспериментальная установка, для которой может применяться предлагаемая центрифуга, представляет установку, в которой используется система стержней для захвата целевой молекулы (фиг. 18a-d).
Таким образом, еще одной особенностью изобретения являются стержни, применяемые для переноски реагентов. Эти стержни могут применяться как в ручном режиме, так и роботизированной системой, имеющей захватное устройство для захвата таких стержней.
Система стержней содержит стержни 62, которые могут быть магнитными или немагнитными (фиг. 18а). Конструкция стрежней должна отвечать нескольким техническим требованиям. Диаметр части 63 стрежня, которая будет вставляться в реакционную ячейку, должен быть адаптирован к диаметру реакционной ячейки 64 (фиг. 18b). Стержни могут применяться как для одиночных реакционных ячеек, так и для микротитрационных планшетов 65, содержащих 96, 384 или большее количество ячеек. Следовательно, диаметр указанной части стержня должен быть меньше диаметра ячейки, но не должен быть слишком мал во избежание болтания стержня внутри ячейки.
Более того, стержень не должен контактировать со стенками реакционной ячейки, поскольку такой контакт может привести к удалению связанных антител 66 или антигенов 67, находящихся на стержне. По этой причине стержень содержит выступ 68, расположенный над частью 63 стержня, находящегося внутри ячейки. Это предохраняет стержень от дальнейшего опускания в ячейку и от контакта с донной частью (стенками или дном) ячейки. Указанный выступ 68 может быть выполнен, например, в форме кольца или просто представлять один или большее количество выступов.
Часть 63 может быть выполнена в любой форме, подходящей для опускания в ячейку. Это может быть, например, форма цилиндра или конуса. Кроме того, для увеличения площади поверхности данной части стержня, она может быть, к примеру, выполнена крестообразной или звездообразной (фиг. 18d). Другая форма, например, вертикальные гребни или кромки 69 также подходят для увеличения площади поверхности стержня.
Нижний участок стержня, помещенный в ячейку, позволяет осуществить иммобилизацию реагентов на поверхности стержня. Это может быть выполнено при помощи поверхностного взаимодействия, такого как покрытие или сцепление. В альтернативном варианте стержень может содержать магнитный элемент, так что реагенты могут быть иммобилизованы посредством магнитных микроносителей на поверхности стержней. Этот нижний участок называется реакционным участком. Таким образом, стержень выполнен из материала, обеспечивающего сцепление или покрытие стержня реагентами, такими как антитела или антигены.
Стержни для этих видов исследований могут, например, содержать магнитный элемент. Эти магнитные стержни используются для улавливания микроносителей, покрытых, например, антителами. Кроме того, возможно непосредственное покрытие немагнитных стержней, например, антителами.
Для покрытия стержня антителами 66 или антигенами 67, его поверхность может быть соответствующим образом модифицирована, что известно специалистам в данной области техники.
Верхняя часть 70 стержня, расположенная над ячейкой после помещения в ячейку стержня, выполнена с возможностью осуществления перемещения стержня (стандартным) пипеточным наконечником 71 (фиг. 18с), который сам может быть соединен с соединительным участком (манипулятора) пипетки. Предпочтительная конструкция содержит глухое отверстие 72 в верхней части стержня, имеющее размер, в который (стандартный) пипеточный наконечник 71 может быть вставлен на несколько миллиметров, например, от 1 до 12 мм. В зависимости от размера используемых наконечников (например, от 1000 мкл до 1 мкл) наконечник входит в отверстие 72 на разную глубину. При помещении наконечника 71 в отверстие надавливанием ствол наконечника должен приставать сильнее к самой пипетке, чем наконечник к отверстию стержня. В противном случае наконечник может застрять в стержне.
Для перемещения стрежня предпочтительно, чтобы отверстие было выполнено в виде конического глухого отверстия. Таким образом, при помещении наконечника в отверстие, он создает герметичное уплотнение. Будучи помещенной в отверстие, пипетка может создавать разреженное пространство внутри отверстия путем отсасывания воздуха обычным способом использования пипетки. Разреженное пространство будет удерживать стержень на наконечнике пипетки, и таким образом стержень может быть перемещен, например, к следующей реакционной ячейке. Для освобождения стержня воздух выдувается из пипетки обычным способом, аналогичным выдуванию из пипетки жидкости. При снижении степени разреженности стержень освобождается от пипеточного наконечника и может, например, входить в реакционную ячейку до упора выступа 62.
В альтернативном варианте стержень может быть захвачен обычным захватным устройством.
Однако обычные захватные устройства, как правило, захватывают предметы сбоку. Это приводит к потребности в пространстве для захватного устройства, чтобы захватить каждый отдельный предмет. Для помещения стрежней в каждую отдельную ячейку микропланшета одновременный захват стержней для каждой ячейки вряд ли осуществим. В соответствии с настоящим способом при использовании пипеток с наконечниками в качестве захватных устройств в реакционные лунки может быть помещено столько стержней, сколько пипеточных наконечников имеет пипеточное устройство. Кроме того, отдельные выбранные ячейки на одном планшете можно использовать с системой стержней, тогда как другие остаются неиспользуемыми.
Ячейки могут быть заполнены различной пробной жидкостью для проведения быстрых исследований нескольких проб на одном планшете посредством применения стержней, покрытых одинаковыми или разными антителами или антигенами.
После нанесения покрытия на стержни или сбора покрытых микроносителей стержни помещают в реакционную ячейку, содержащую соответствующую пробную жидкость.
При перемещении стрежня из одной реакционной ячейки в другую (в зависимости от исследований может потребоваться много перемещений) перенос остаточной пробной жидкости нежелателен. Следовательно, стержень можно поместить в пустую реакционную ячейку, которая может быть отправлена в предлагаемую центрифугу. При помощи этапа центрифугирования с отверстиями реакционной ячейки, направленными радиально внутрь, нежелательная остаточная жидкость может быть легко удалена со стержня до ее переноса в следующую реакционную ячейку.
В результате, количество нежелательной переносимой остаточной жидкости может быть значительно снижено, что приводит к улучшению условий реакции.
Обычные захватные устройства, как правило, захватывают предметы сбоку. Это приводит к потребности в пространстве для захватного устройства, чтобы захватить каждый отдельный предмет. Для помещения стрежней в каждую отдельную ячейку микропланшета одновременный захват стержней для каждой ячейки вряд ли осуществим. В соответствии с настоящим способом при использовании пипеток с наконечниками в качестве захватных устройств в реакционные лунки может быть помещено столько стержней, сколько пипеточных наконечников имеет пипеточное устройство. Кроме того, отдельные выбранные ячейки на одном планшете можно использовать с системой стержней, тогда как другие остаются неиспользуемыми.
Обычно применяемые пипеточные роботизированные системы могут нести не более 96 стандартных пипеточных наконечников. Это число ограничено размером реакционной лунки и диаметром пипеточного наконечника на его верхнем конце, где наконечник соединен с пипеточным устройством. Известны пипеточные манипуляторы, несущие более 96 наконечников, например 384, однако, они используются со специальными дорогостоящими наконечниками. Для перемещения описанных в настоящей заявке стержней в количестве более 96 штук необходимо либо использовать дорогие специальные наконечники, либо, поскольку конструкция этих стержней позволяет перемещать их при помощи недорогих стандартных пипеточных наконечников и стандартной пипеточной головки с 96 каналами, перемещать стержни четыре раза, чтобы заполнить полностью 384-ячеечный планшет 384-мя стержнями. Эти этапы, однако, не требуют много времени и, следовательно, не замедляют в значительной мере процесс проведения исследований. Стержни можно перемещать в шахматном порядке, например, помещать стержень в каждую вторую ячейку 384-ячеечного планшета. Можно осуществить даже перемещение более 384 стержней для планшетов с большим количеством ячеек, для чего потребуется лишь модификация размера стержня в соответствии с размером ячейки.
Описанные в настоящей заявке стержни могут в контролируемой манере быть захвачены и отпущены блоками носителей реагентов с помощью обычного устройства для перемещения и подачи жидкости. Можно использовать любое устройство для перемещения и подачи жидкости. Нет необходимости в проведении механической модификации такого устройства под перемещение блоков носителей реагентов.
Устройства, предназначенные для отмеривания пипеткой какого-либо вида жидкости, известны специалистам в данной области техники. Этот вид устройств также называется устройством для перемещения и подачи жидкости. Наиболее распространенными устройствами для перемещения и подачи жидкости являются пипетки или автоматические роботизированные манипуляторы для дозирования текучих сред.
Таким образом, стержни и удобный способ их перемещения при помощи пипеточных наконечников позволяет осуществлять быстрое перемещение большого количества стержней, которое может быть легко автоматизировано без дополнительных затрат на специальные наконечники или пипеточные устройства.
Реакции амплификации нуклеиновых кислот (например, ПЦР) обычно требуют высокой температуры. Они проводятся при высокой пропускной способности в микротитрационных планшетах. Во избежание испарения отдельных реакционных объемов применяются планшетные уплотнения для крепления фольги сверху микротитрационного планшета. Интегрирование планшетных уплотнений в автоматические лабораторные роботизированные системы является затратным и сложным делом. На заре проведения ПЦР-диагностики вместо фольги использовали минеральное масло для закрывания реакционной ячейки. Автоматический манипулятор может легко перемещать минеральное масло, но небольшие количества водяных растворов и минерального масла может быть трудно добавлять с образованием двух отдельных фаз (масляная сверху) в микротитрационных планшетах с высокой производительностью. Необходим этап центрифугирования для разделения фаз и обеспечения 100% уверенности для всех реакционных ячеек, что закрывание эффективно, и испарение водяных объемов не произойдет. Центрифугу легко интегрировать в роботизированный технологический процесс, как описано выше.
Перечень позиций
1 центрифуга
31 опора
2 микротитрационный планшет
32 отверстие
3 реакционная ячейка
33 загрузочно-разгрузочный механизм
4 передняя платформа
34 гибкая удлиненная балка
5 зона центрифугирования
35 внутренняя стенка
6 зона привода
36 свободный конец
7 бортик
37 верхняя полоса
8 ротор
38 нижняя полоса
9 корпус
39 ролик
10 вал
40 ролик
11 планшетный поднос
41 шаговый двигатель
12 стенка основания
42 магнитный элемент
13 U-образная направляющая рейка
43 опорная лапа
14 основная стойка
44 выступ
15 боковая стойка
45 противовес
16 боковая стойка
46 опорная лапа
17 центральное отверстие
47 двигатель
18 ось вращения
48 подъемное устройство
19 ограничивающие средства
49 раздаточная планка
20 держатель микротитрационного планшета
50 дозирующее сопло
21 бортик
51 корпус центрифуги
22 соединительный элемент
52 ротор
23 корпус
53 крышка
24 двойная стенка
54 камера
25 передняя торцевая стенка
55 гелевая карта
26 задняя торцевая стенка
56 роторное пространство
27 нижняя полуоболочка
57 магнитный стержень
28 верхняя полуоболочка
58 защитная полость
29 выступ
59 магнитные микроносители
30 дренажный канал
60 пробная жидкость/реагент/буферный раствор и т.д.
61 остаточная жидкость, удаленная из полости/микроносителя
67 антиген
62 стержень
68 выступ
63 нижняя часть стержня
69 гребни/кромки
64 реакционная ячейка
70 верхняя часть стержня
65 микротитрационный планшет
71 схематическое изображение наконечника пипетки
66 антитело
72 глухое отверстие