ЦЕНТРИФУГА ДЛЯ ДЕРЖАТЕЛЯ ОБРАЗЦА
CENTRIFUGE FOR SAMPLE HOLDER

Настоящее изобретение относится к центрифуге для держателя образца, которая содержит по меньшей мере один канал образца, проходящий вдоль по существу центральной продольной оси канала образца, содержащая приемник держателя образца, который выполнен с обеспечением возможности вращения вдоль оси вращения и содержит удерживающую часть, в которую может быть выставлен держатель образца в течение процедуры загрузки, когда приемник держателя образца не вращается, и в которой держатель образца находится в загруженном состоянии приемника держателя образца, а также из которой в течение разгрузочной операции может быть удален держатель образца.
Центрифуги для держателя образца такого типа известны в лабораторной технике. В частности, на фиг. 6 европейской патентной заявки ЕР 2124054 А1 раскрыта центрифуга для держателя образца этого родового типа, которая в соответствии с целевым использованием опирается на расположенную горизонтально платформу и выполнена с обеспечением возможности вращения по вертикальной оси вращения, т.е. оси, ориентированной перпендикулярно относительно указанной платформы центрифуги для держателя образца.
Эта известная центрифуга для держателя образца имеет центральный стержень, по существу соосный с осью вращения, от которого радиально отходят штанги с угловым смещением 180° относительно указанной оси вращения. На концах этих штанг к приемникам держателей образца могут быть прикреплены держатели образца, которые специально не показаны, для того, чтобы вращаться вокруг указанной оси вращения вышеописанной центрифуги для держателя образца.
Угловое смещение 180° двух штанг, выступающих от центрального стержня под прямыми углами к оси вращения, основано на преимуществе симметричного распределения массы вращательного аппарата, которое минимизирует нарушение баланса во время вращения центрифуги для держателя образца настолько, насколько это возможно.
В этой известной центрифуге для держателя образца требуется, с одной стороны, центрифугировать более чем один держатель образца в одно и то же время, что увеличивает эффективность этой центрифуги.
С другой стороны, при одинаковой угловой скорости этой известной центрифуги для держателя образца для более высокой скорости перемещения аппарата для держателя образца вокруг оси вращения обеспечены выступающие штанги, чьи продольные концы ориентированы от указанного стержня с приемниками держателя образца, и, следовательно, чем длиннее указанные штанги, тем большая центробежная сила действует на соответствующие держатели образца.
В центрифуге для держателя образца, известной из европейской патентной заявки ЕР 2124054 А1, существует такое преимущество, что каждый приемник держателя образца, т.е. на каждом продольном конце штанги, ориентированной в направлении от центрального стержня, держатель образца может быть размещен таким образом, что центральная продольная ось канала образца указанного по меньшей мере одного канала образца, содержащегося в этом держателе образца, проходит по существу перпендикулярно оси вращения и, следовательно, ориентирована в направлении действия центробежной силы. Следовательно, с самого начала держатели образца указанной известной центрифуги расположены таким образом, что они ориентированы оптимальным образом для процесса центрифугирования, т.е. тестовое вещество, введенное на одном продольном конце канала держателя образца, может быть введено в держатель образца по центральной оси канала образца с помощью центробежной силы, приложенной во время процесса центрифугирования.
В этом случае, держатель образца может являться любым держателем образца, содержащим канал образца в соответствии с вышеприведенным описанием. Однако предпочтительно, оно предполагается для так называемых «гелевых карт» или «кассет с гранулами», каждая из которых содержит множество держателей образца, расположенных таким образом, что они параллельны друг другу, при этом их продольные оси проходят по существу в плоскости общего осевого сечения указанного держателя образца. Аналогичным образом, такие «гелевые карты» известны из европейской патентной заявки ЕР 2124054 А1 и изображены на фиг. 3 и 4 указанной патентной заявки.
Подобные держатели образца, для которых, предпочтительно, предполагается настоящее изобретение, также известны из европейской патентной заявки ЕР 0849595 А1 или ЕР 0305337 А1. В основном, держатели образца такого типа используют для тестирования на наличие антигенов и/или антител с помощью использования реакции агглютинации. Такое тестирование использует преимущество такого факта, что в одинаковый период времени и с одинаковым значением силы, воздействующей на них, вещества с различными скоростями агглютинации проникают на различные расстояния в базовое вещество, в частности, базовый гель, содержащееся в канале образца. Движущей силой в этом случае является центробежная сила, образуемая центрифугой для держателя образца.
В указанной известной центрифуге для держателя образца фактически держатель образца уже может быть расположен в обеспеченном приемнике держателя образца в том же направлении, что и направление центробежной силы, которая будет приложена во время процесса центрифугирования. Однако до начала процесса центрифугирования может пройти период времени произвольной длины, в течение которого держатели образца, которые были приготовлены для процесса центрифугирования, подвергаются непосредственному воздействию силы тяжести, которая направлена перпендикулярно продольной оси канала образца и, следовательно, перпендикулярно требуемому направлению проникновения тестового вещества в базовое вещество. Это может иметь отрицательное влияние на результат последующего тестирования и его надежность.
В конечном итоге период времени между помещением держателя образца в приемник держателя образца указанной известной центрифуги и началом процесса центрифугирования может затянуться, в частности, вследствие того факта, что существует необходимость сначала снабдить держателями образца все множество имеющихся приемников держателей образца перед тем, когда указанную известную центрифугу для держателя образца можно эксплуатировать с наименьшим возможным нарушением баланса.
Однако часто чрезвычайно важно провести тестирование подготовленного держателя образца, готового для тестирования. В таких случаях важно центрифугировать держатель образца так быстро, как это возможно, после установки его, готового для тестирования, для того, чтобы получить наиболее значительный и/или надежный возможный результат тестирования.
Заявка на патент США US 2008/0182742 А1 раскрывает центрифугу, содержащую множество центрифужных дисков, при этом каждый диск имеет присоединительную часть для присоединения контейнера, содержащего жидкость, подлежащую центрифугированию, дисковый привод, обеспеченный для вращения указанных дисков и дисковое включающее/размыкающее устройство для индивидуального приведения каждого из указанных дисков в контакт с дисковым приводом или выведение из контакта с ним. Указанные диски вращаются вокруг горизонтальной оси. Контейнеры, содержащие жидкость, подлежащую центрифугированию, могут содержать несколько резервуаров. Эти контейнеры расположены в плоскости соответствующего диска. Если такой контейнер содержит несколько реакционных резервуаров, тогда все эти реакционные резервуары расположены в направлении, перпендикулярном оси вращения.
Заявка на патент Японии JP 2007-296456 А раскрывает центрифугу для центрифугирования большого количества пробирок. Эта центрифуга содержит вертикальную ось вращения.
Заявка на патент Германии DD 106482 относится к центрифуге для вращения элементов пластинчатого типа, содержащей удерживающий механизм, который обеспечивает удерживающую силу, пропорциональную скорости вращения.
Под торговым наименованием «Hanlab Compact Benchtop Centrifuges Labmaster ABC-CB200/ABC-CB200 R» доступны центрифуги, содержащие встроенный механизм автобалансировки для компенсации весовой разницы образцов.
Следовательно, задача настоящего изобретения состоит в модификации центрифуги для держателя образца этого родового типа таким образом, чтобы по сравнению с текущим уровнем техники было возможно сохранять небольшой период времени между готовой к тестированию установки держателя образца и концом процесса центрифугирования и, что еще лучше, концом оценки результата центрифугирования, а также обеспечивать возможность достоверного центрифугирования множества образцов или большого количества проб образца с высоким качеством и эффективностью.
Указанная задача решена посредством центрифуги для держателя образца в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения.
Преимущественные варианты осуществления изобретения заданы соответствующими подпунктами.
В соответствии с наиболее общей основной идеей настоящего изобретения эта задача достигнута посредством центрифуги для держателя образца типа, упомянутого в начале настоящего документа, чья платформа, выполненная для установки центрифуги для держателя образца в соответствии с ее целевым использованием, ориентирована параллельно оси вращения, при этом для удержания по меньшей мере одного держателя образца обеспечен приемник держателя образца, а указанный по меньшей мере один образец проходит по существу параллельно указанной оси вращения.
После установки согласно намерению, центрифуга для держателя образца остается на своей платформе, которая выполнена и размещена для этой цели. Как правило, платформа выполнена горизонтально, поскольку лабораторные устройства, подобные рассматриваемой в настоящем документе центрифуге для держателя образца, обычно используют на лабораторных столах.
С помощью конструкции центрифуги для держателя образца в соответствии с настоящим изобретением, таким образом, становится по существу возможным выполнение центрифуги для держателя образца таким образом, что она готова к работе при горизонтально ориентированной оси вращения. Фактически, центрифуги для держателя образца с горизонтально ориентированными осями вращения имеют недостаток, состоящий в том, что создаваемые ими центробежные силы усиливаются силой тяжести в области под осью вращения и уменьшаются силой тяжести над осью вращения, и, таким образом, в ходе вращения на держатели образца действует возрастающая сила, но этот недостаток может быть уменьшен и более чем скомпенсирован до указанных достижимых преимуществ обработки держателя образца так быстро, как это возможно.
Указанные недостатки могут быть уменьшены, например, при помощи увеличения скорости вращения. При скоростях, больших чем 3000 оборотов в минуту, даже при нахождении держателя образца на незначительном радиальном расстоянии от оси вращения возможно достигать центробежных ускорений, больших в 100 раз, в действительности, больших чем в 140 раз ускорения силы тяжести. В этом случае, ускорение силы тяжести, которая действует в направлении, отличном от направления центробежной силы, является помехой, переменной с влиянием, меньшим чем 1%.
С помощью центрифуги для держателя образца в соответствии с настоящим изобретением не только можно особенно быстро центрифугировать держатель образца после готового для тестирования введения тестируемого вещества, но также центрифуга для держателя образца может быть выполнена очень маленькой.
Центрифугу для держателя образца, имеющую платформу, параллельную оси вращения, легко реализовать в автоматической системе обработки жидкости, поскольку держатель образца может удерживаться в своем нормальном положении в течение загрузки в центрифугу указанного держателя образца или выгрузки его из центрифуги.
Держатель образца может быть любым резервуаром для удерживания жидкости. Такой держатель образца может быть резервуаром, имеющим по меньшей мере одно открытое отверстие, таким как пробирка или микротитрационный планшет. Нормальным положением резервуаров с открытыми отверстиями для содержания жидких образцов является положение, при котором указанное отверстие направлено вверх таким образом, что жидкий образец надежно находится в этом резервуаре.
Держатель образца также может быть полностью закрытым или герметизированным образцом. Обычно, пакет для крови полностью герметичен. Пробирки могут быть герметизированы посредством крышки. Однако открывание и закрывание пробирок крышкой трудно выполнять автоматически.
Примерами подходящих держателей образца являются держатели образца, имеющие канал для образца, пробирки, колбы, микротитрационные планшеты, пакеты для крови, одна или более пробирка, помещенные в штатив, держатели для приема любого типа резервуаров, таких как пакет для крови, или кассеты, содержащие структуру для задания на них небольших количеств жидкостей.
Держатель образца может быть выполнен для удержания жидкого образца объемом от менее 1 микролитра до нескольких децилитров.
Поскольку держатель образца или держатели образца проходят по существу параллельно оси вращения, ко всему веществу этих образцов прикладывается приблизительно одинаковая центробежная сила. Это применимо как для небольших пробирок, расположенных по существу параллельно оси вращения, так и для большого резервуара, такого как пакет для крови, в основном проходящего в направлении, параллельном оси вращения.
Приемник держателя образца также может быть выполнен для удержания нескольких держателей образца, которые дополнительно проходят по существу в поперечном направлении к оси вращения. В таком случае целесообразно, чтобы приемник держателя образца был расположен на расстоянии от оси вращения, которое по существу больше, чем расстояние поперечной протяженности держателей образца. Расстояние между осью вращения и держателями образца должно быть по меньшей мере больше этой поперечной протяженности и, предпочтительно, по меньшей мере в два или три раза больше указанной поперечной протяженности держателей образца в приемнике держателей образца. При таком расположении также достигается, что ко всему веществу этих образцов прикладывается приблизительно одинаковая центробежная сила, даже если некоторые держатели образца расположены в продольном протяжении по отношению к оси вращения.
Центрифуга для держателя образца в соответствии с настоящим изобретением для вращения большего количества жидкостей может быть выполнена с противовесом. Положение противовеса может регулироваться автоматически.
Предпочтительно, жидкий образец покрыт слоем масла. Такой слой масла могут добавлять на образец автоматически посредством пипетки. Такой слой масла может надежно предохранять жидкий образец от контакта с воздухом. Такой слой масла может быть обеспечен в комбинации с использованием центрифуги на дне пробирки. Посредством центрифугирования слоя масла и жидкой пробы над этим слоем масла жидкая проба погружается сквозь слой масла таким образом, что она полностью покрыта слоем масла. Таким образом, возможно сначала заливать масляный слой, а потом жидкую пробу, которая должна быть покрыта масляным слоем. Таким образом, могут использовать пробирки, изначально наполненные масляным слоем, при этом жидкие образцы могут погружаться в масляный слой. Это делает покрытие жидких образцов легким для автоматизации, поскольку не требуется никаких операций с крышками.
Дополнительное преимущество центрифуги в соответствии с настоящим изобретением состоит в том, что ей требуется меньше пространства платформы по сравнению с центрифугой, имеющей вертикальную ось вращения, перпендикулярную этой платформе. Центрифуги с вертикальной осью вращения обычно содержат ротор для приема нескольких образцов, которые можно совместно центрифугировать. Также необходимо, чтобы все приемники образца обычной центрифуги были заполнены пробами для того, чтобы ротор центрифуги был сбалансирован.
Горизонтальная ось в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает возможность расположения нескольких центрифуг на платформе, при этом каждой центрифугой можно управлять отдельно. Таким образом, возможно центрифугировать несколько образцов отдельно друг от друга, и они не должны быть объединены в общую партию (обработка с произвольной выборкой). Горизонтальная ось закреплена на обоих концах с возможностью вращения. Так что, по сравнению с центрифугой с горизонтальной осью вращения, которая закреплена только с одного конца, может быть обработан больший угол дисбаланса. Таким образом, центрифуги в соответствии с настоящим изобретением могут быть выполнены содержащими один приемник держателя образца. Так как указанный приемник должен быть выполнен с возможностью удержания образцов, имеющих различные веса, вращающиеся части центрифуги могут быть не всегда хорошо сбалансированы, потому что все образцы в указанном одном приемнике помещены на одинаковой стороне оси вращения. Даже если последовательно центрифугированные веса различных образцов различны, это не подвергает риску работу этой центрифуги.
Другие преимущества, которые возникают из оси вращения, ориентированной параллельно платформе центрифуги для держателя образца, станут более понятны из нижеследующего описания преимущественных модификаций настоящего изобретения, многие из которых стали возможными просто посредством соответственного расположения платформы и оси вращения, как описано в главном пункте формулы изобретения.
Соответственное расположение платформы и оси вращения центрифуги для держателя образца в соответствии с настоящим изобретением делает возможным вставку держателя образца в удерживающую часть и размещение его в приемнике держателя образца до начала процесса центрифугирования, при этом продольная ось канала образца проходит в направлении действия силы тяжести. С этой целью, преимущественно, если центрифуга для держателя образца содержит датчик положения вращения, которые обнаруживает заранее определенное положение вращения приемника держателя образца, например, положение вращения, в котором продольная ось канала образца, расположенная в удерживающей части этого приемника держателя образца, ориентирована в направлении действия силы тяжести таким образом, что сила тяжести действует в том же направлении, в котором предполагается, что на держатель образца действует центробежная сила, вызванная центрифугированием. В этом случае до начала процесса центрифугирования сила тяжести - не количественно, а качественно - имеет одинаковое воздействие на готовый к тестированию держатель образца, что и последующая центробежная сила.
Указанный датчик может взаимодействовать по существу известным способом с маркировочным образованием на приемнике держателя образца или на компоненте, присоединенном к нему без возможности вращения, и может обнаруживать наличие или отсутствие этого маркировочного образования в области измерения этого датчика. Аналогично, положение вращения приемника держателя образца может взаимодействовать посредством периферического штрих-кода, смонтированного на этом приемнике держателя образца, с приводным валом последнего или с компонентом, соединенным с ним без возможности вращения или посредством других кодирующих элементов, чувствительных к периферическому положению, что делает возможным определение не только заранее определенного положения вращения, но и любого произвольного положения вращения приемника держателя образца.
Центрифуга для держателя образца, которая не занимает много пространства, радиального относительно оси вращения, может быть выполнена благодаря тому факту, что ось вращения проходит сквозь приемник держателя образца. Тогда радиальное расстояние между приемником держателя образца и осью вращения мало. Это означает, что при одинаковой скорости приемника держателя образца менее мощная центробежная сила действует на приемник держателя образца с осью вращения, проходящей через него, чем действует на приемник держателя образца, расположенный на расстоянии при помощи штанги, удаленной от оси вращения. Однако по сравнению с приемником держателя образца, который выступает от оси вращения, приемник держателя образца, ось вращения которого проходит через него, снижает момент инерции массы, который присущ массе, вращающейся вокруг оси вращения, и оказывает сопротивление ускорению вращения, так что при одинаковой мощности двигателя может в свою очередь быть достигнута более высокая скорость вращения, чем в центрифуге для держателя образца с более высоким моментом инерции массы. В результате, в центрифугах для держателя образца, которые в ином случае одинаковы с точки зрения привода, снижение центробежной силы по сравнению с изначально ожидаемой вследствие короткого расстояния между приемником держателя образца и осью вращения можно по меньшей мере частично скомпенсировать еще раз.
Предпочтительно, ось вращения проходит через приемник держателя образца не по центру таким образом, что несмотря на то что ненагруженный приемник держателя образца, т.е. приемник держателя образца, в который не помещен никакой канал образца, фактически будет иметь нарушение баланса при вращении вокруг оси вращения, приемник держателя образца, в который загружен заранее определенный держатель образца, по существу не имеет нарушения баланса, так что при использовании центрифуги для держателя образца в соответствии с настоящим изобретением возможно центрифугировать небольшое количество каналов образца, в частности, небольшое количество держателей образца. Это служит для дальнейшего снижения временного интервала, пролегающего между установкой держателя образца в положение готовности к тестированию посредством введения тестового вещества в базовое вещество, которое обычно обеспечено в каналах образца, и результатом тестирования, полученным после завершения процесса центрифугирования.
Для того, чтобы обеспечить возможность надежного удержания держателя образца в приемнике держателя образца, будет преимуществом, если удерживающая часть удерживает держатель образца способом формирования замка по отношению к ожидаемому направлению действия центробежной силы, тем самым по существу предотвращая отрыв держателя образца при приложении центробежной силы. Это может быть реализовано с помощью простых конструктивных средств посредством выполнения и расположения приемника держателя образца таким образом, что направление основного габаритного размера удерживающей части проходит параллельно оси вращения, как в случае, когда приемник держателя образца вращается, так и в случае, когда он не вращается. При выполнении удерживающей части таким способом, в частности, для «гелевых карт», упомянутых в начале настоящего документа и, предпочтительно, предназначенных для приемника держателя образца, возможно удержание в удерживающей части в требуемом положении относительно оси вращения центрифуги для держателя образца. Сразу после вставки в удерживающую часть, тем самым, держатель образца правильно ориентирован для последующего центрифугирования и не нуждается в повторной ориентации, тогда как в случае некоторых центрифуг для держателя образца в соответствии с уровнем техники, в которых приемники держателя образца, приводимые центробежной силой, поворачиваются в конечное положение, в котором продольная ось держателя образца в конечном итоге проходит перпендикулярно оси вращения в первый раз. Следовательно, с момента времени, когда держатель образца был вставлен в удерживающую часть, до момента времени, когда он был удален из удерживающей части, держатель образца размещен в приемнике держателя образца таким способом, что продольная ось канала образца, обеспеченная в этом держателе образца, всегда ориентирована по существу перпендикулярно оси вращения и, следовательно, ориентирована в ожидаемом направлении действия центробежной силы.
Для оптимального действия центробежной силы в качестве движущей силы для проникновения тестового вещества в базовое вещество канала образца держателя образца будет преимуществом, если продольная ось канала образца будет отделена от оси вращения на радиальное расстояние, которое не больше, чем наибольший радиальный размер канала образца в радиальном направлении, по существу перпендикулярном как продольной оси канала образца, так и оси вращения.
В результате, продольная ось канала образца всегда предполагается наиболее центральной возможной продольной осью через соответствующий канал образца. Поскольку внутренняя граничная поверхность канала образца обычно выполнена вращательно симметричной, однако, определение продольной оси канала образца не является проблематичным, потому что продольная ось канала образца совпадает с осью симметрии. Следовательно, наибольшее расстояние между продольной осью канала образца и внутренней стенкой канала образца должно быть использовано в качестве наибольшего радиального размера канала образца.
Кроме того, радиальный размер центрифуги для держателя образца и, следовательно, объем пространства, занимаемого этой центрифугой для держателя образца, могут сохраняться преимущественно небольшими, если осевое расстояние держателя образца от оси вращения в направлении продольной оси канала образца меньше, чем указанный размер держателя образца в этом осевом направлении, в частности, меньше, чем осевая длина канала образца на держателе образца, предпочтительно меньше, чем половина длины канала образца, и особенно предпочтительно, меньше, чем одна пятая длины канала образца. Как правило, канал образца короче, чем держатель образца, который обычно обеспечивает пространство для бирок и тому подобного на держателе образца ниже по направлению оси канала образца или каналов образца в отношении продольной оси канала образца.
В особенно преимущественном с точки зрения конструкции способе удерживающая часть может состоять только из двух компоновочных узлов, то есть только из двух боковых стенок, по существу параллельных оси вращения и между которыми проходит эта ось вращения, а также между которыми задана удерживающая часть. Хотя каждая стенка предпочтительно выполнена из одного куска для того, чтобы иметь преимущественно малое количество частей, это не должно исключать вариант выполнения одной или обеих стенок из нескольких частей.
Часть каждой боковой стенки, на которую ниже ссылаются, как на «разделительную часть стенки», может быть выполнена на каждой боковой стенке для того, чтобы ограничивать приемное отверстие, в которое может быть вставлен держатель образца таким образом, что он может быть размещен в приемнике держателя образца. Такое ограничение по существу является ограничением, чье направление перпендикулярно параллельной оси вращения таким образом, что приемное отверстие, в частности, для размещения предпочтительных держателей образца в виде «гелевых карт», выполнено в виде щелевого отверстия с направлением основного габаритного размера, параллельным оси вращения.
Для достижения долгого срока службы при работе на наиболее возможных высоких скоростях и, следовательно, при наиболее возможных мощных центробежных силах, действующих на держатель образца, будет преимуществом, если приемник держателя образца будет сбалансирован в отношении заранее определенного держателя образца таким образом, что при вращении вокруг оси вращения ненагруженный приемник держателя образца имеет большее нарушение баланса, чем приемник держателя образца, в которые загружен заранее определенный держатель образца. Указанное большее нарушение баланса держателя образца в незагруженном состоянии уменьшается, предпочтительно, до нуля посредством вставки заранее определенного держателя образца.
Способность балансировки приемника держателя образца, в то же время при его небольших размерах, перпендикулярных оси вращения центрифуги для держателя образца, существенно облегчена при помощи вышеупомянутого преимущественного факта, состоящего в том, что ось вращения проходит через приемник держателя образца вне его центра. Для целей балансировки приемник держателя образца может иметь балансирующую часть, например, комплект разновесов, который обеспечен с правильно рассчитанным весом при правильно рассчитанном положении приемника держателя образца. Балансировка вращающейся части по существу известна в кругах специалистов и подробное его обсуждение в настоящем документе не является необходимым. Разновесы, требуемые для балансирующей части, могут быть преимущественно тем меньше, чем дальше от оси вращения расположена балансирующая часть. Для этой цели будет предпочтительно, что разделительная часть неуказанных боковых стенок размещает держатель образца таким образом, что он расположен ближе к оси вращения, чем балансирующая часть.
Хотя вариант обеспечения балансирующей части отдельно от разделяющей части стенки или полностью отдельно от боковых стенок не следует исключать, не смотря на это, будет предпочтительно с целью минимизации количества деталей, если балансирующая часть будет обеспечена на боковой стенке и, предпочтительно, выполнена за одно целое с ней.
Для того чтобы избежать обеспечения балансирующей части близко к загрузочной траектории, по которой держатель образца вставляют в приемник держателя образца и выгружают из него, и таким образом, создания помехи для загрузки и разгрузки приемника держателя образца, будет преимуществом, если центрифуга для держателя образца будет иметь множество балансирующих частей. Следовательно, они могут быть выполнены на приемнике держателя образца таким образом, чтобы обеспечивать возможность беспрепятственной загрузки держателей образца в приемник держателя образца и выгрузки их из него.
Предпочтительно, центрифуга для держателя образца имеет столько же балансирующих частей, сколько у нее боковых стенок. Предпочтительно, каждая боковая стенка снабжена соответствующей балансирующей частью. Затем, балансирующая часть может быть обеспечена либо на соответствующей боковой стенке, либо, для минимизации количества деталей, может быть выполнена за одно целое с соответствующей боковой стенкой. В этом случае, сама боковая стенка может составлять балансирующую часть.
Если расстояние между боковыми стенками в окрестности балансирующих частей увеличивается, по мере того, как увеличивается расстояние от удерживающей части и по мере того, как увеличивается расстояние от оси вращения, то в удерживающей части может быть обеспечен достаточный зазор для загрузки приемника держателя образца даже при помощи автоматизированных загрузочных механизмов и их захватывающих устройств для захвата держателей образца. Также возможно выполнять балансирующие части в форме воронки, сужающейся в направлении удерживающей части и, следовательно, использовать их в качестве облегчающих вставку элементов для держателей образца или захватывающих устройств для держателей образца для загрузочных машин. Таким образом, разделительная часть стенки и балансирующая часть боковой стенки, предпочтительно, образуют угол. Это может быть тупой угол, т.е. угол больше 90°, так что балансирующая часть боковой стенки может быть использована непосредственно для облегчения вставки держателя образца в удерживающую часть, заданную разделительной частью стенки. Закругление перехода между балансирующей частью и разделительной частью стенки тем самым обеспечивает возможность плавного направления балансирующей частью держателя образца, расположенного около нее, в разделительную часть стенки и, таким образом, в удерживающую часть.
Однако, предпочтительно, разделительная часть стенки и балансирующая часть боковой стенки образуют острый угол, поскольку это делает возможным выполнение приемника держателя образца, который менее протяжен в радиальном направлении и имеет более низкий момент инерции массы при той же самой массе.
Может быть все еще допустима небольшая разбалансировка даже на более высоких скоростях центрифуги для держателя образца, если приемник держателя образца смонтирован на корпусе центрифуги в двух опорных точках, разделенных друг от друга в направлении оси вращения, и выполнен с возможностью вращения вокруг оси вращения относительно этого корпуса, при этом удерживающая часть обеспечена между указанными опорными точками.
В соответствии с менее предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения приемник держателя образца, имеющий плавающую опору на одной стороне, фактически по сути является возможным, особенно когда его загрузка и разгрузка происходят по загрузочной траектории, параллельной оси вращения. Однако, вышеописанное загружаемое состояние приемника держателя образца является предпочтительным вследствие существенно улучшенного вращения без вибрации.
Для того, чтобы обеспечивать возможность помещения роторного приводного блока для приемника держателя образца так близко, как это возможно, к приемнику держателя образца, опорная точка приемника держателя образца может быть обеспечена между удерживающей частью и приводной частью приемника держателя образца для того, чтобы привносить движущую силу вращения вращающегося приводного блока. Таким образом, приводной вал может быть коротким и, в частности, опираться на опору, что помогает существенно уменьшать стремление этого приводного вала к вибрации на высоких скоростях.
Предпочтительно, ось вращения приемника держателя образца совпадает с осью вращения выводного вала роторного приводного блока, в частности, электрического роторного приводного блока. В этом случае, приводной блок может приводить приемник держателя образца непосредственно, т.е. без промежуточных увеличивающих или уменьшающих скорость передач. Это не только дополнительно уменьшает количество требуемых деталей, но также обеспечивает центрифугу для держателя образца, занимающую преимущественно маленький объем пространства, так что она может быть использована в лабораториях, в которых для установки лабораторных устройств доступно только небольшое пространство.
Для достижения нарушения баланса приемника держателя образца, которое преимущественно является настолько незначительным, насколько это возможно, этот приемник держателя образца выполняют зеркально симметричным относительно плоскости симметрии, содержащей ось вращения.
Поскольку в тестах реакции агглютинации, упомянутых в начале настоящего описания, часто существует множество потенциальных возможностей комбинации тел и антител, держатель образца преимущественно имеет множество каналов образца таким образом, что для тестирования множества или даже всех возможных комбинаций тел и антител можно использовать один держатель образца. Указанное множество каналов образца держателя образца предпочтительно являются параллельными друг другу и, предпочтительно, даже лежит в общей плоскости держателя образца, приводя к тому, что держатель образца, который за исключением выступающих указанных каналов образца является плоским и подобным карте, таким как известные «гелевая карта» или «кассета с гранулами». В контексте настоящего изобретения при связывании держателя образца с понятием «гелевая карта» несущественно, содержится ли в действительности гель в каналах образца, или они содержат различное базовое вещество. Понятие «гелевая карта» относится исключительно к конструкции предпочтительного держателя образца.
Классическим примером теста реакции агглютинации является тест на определение группы крови. В упрощенном описании, кровь содержит красные кровяные тельца, так называемые «эритроциты», чья наружная мембрана имеет антигенную структуру, которая соответствует соответствующей группе крови. Эритроциты крови группы А имеют антигенную структуру А, эритроциты крови группы В имеют антигенную структуру В, эритроциты крови группы АВ имеют структуры как антигена А, так и антигена В, а эритроциты группы О не имеют антигенных структур вообще.
Кроме того, кровь содержит антитела, предусмотренные для соединения с антигенной структурой, отличной от антигенной структуры эритроцитов, принадлежащих указанной группе крови. Посредством соединения соответствующих антигенных структур антитела производят реакцию агглютинации, которую для простоты рассматривают, как реакцию склеивания. Кровь группы А имеет антитела против антигенной структуры В. Напротив, кровь группы В имеет антитела против антигенной структуры А. Поскольку кровь группы АВ имеет эритроциты с обеими антигенными структурами, она не может содержать какие-либо антитела, тогда как кровь группы О обычно имеет антитела против как антигенной структуры А, так и антигенной структуры В.
Если антитела с известной ориентацией антигенной структуры добавляют в образец крови неизвестной группы, то эта группа крови может быть определена при помощи агглютинации. При центрифугировании скорость агглютинации может быть определена посредством различной глубины проникновения соответствующего образца крови в базовое вещество, поскольку при постоянной движущей силе образцы тестового вещества с различными скоростями агглютинации проникают на различную глубину в тестовое вещество.
Если плоскость держателя образца, вставленного в приемник держателя образца, т.е. обычно плоскость его основного габаритного размера, содержит ось вращения или параллельна оси вращения и расположена от нее на некотором расстоянии, которое не больше, чем наибольший радиальный размер одного канала образца из общего количества множества каналов образца этого держателя образца в радиальном направлении, которое по существу перпендикулярно как продольной оси канала образца, так и оси вращения, таким образом, возможно обеспечивать, что центробежная сила, возникающая в течение процесса центрифугирования, по существу совпадает с продольными осями соответствующих каналов образца или отклоняется от этих осей только на незначительную величину, которую легко можно допустить. Это обеспечивает функциональность держателя образца в течение процесса центрифугирования. Понятие «плоскость держателя образца» в настоящем документе означает теоретическую плоскость, проходящую за пределы краев этого держателя образца.
Приемник держателя образца может быть выполнен таким образом, что вмещает множество держателей образца, которые предпочтительно помещают один за другим в приемник держателя образца, который удлинен по оси относительно оси вращения таким образом, что продольные оси всех каналов образца держателей образца, расположенных в приемнике держателя образца, лежат в общей плоскости. Однако для того, чтобы обеспечить наиболее быструю возможную обработку держателя образца, приемник держателя образца предпочтительно выполнен с возможностью вмещения только одного держателя образца. С одной стороны, это приводит к тому, что приемник держателя образца является коротким в осевом направлении относительно оси вращения и не имеет склонности к вибрации или только незначительную менее явную склонность к вибрации во время вращения; с другой стороны, это обеспечивает возможность немедленного центрифугирования готового к тестированию держателя образца, потому что в этот приемник держателя образца не могут быть загружены дополнительные держатели образца.
Во-первых, для защиты держателя образца в течение процесса центрифугирования и, во-вторых, для защиты персонала лаборатории и лабораторных устройств в непосредственном окружении обсуждаемой в настоящем документе центрифуги для держателя образца, центрифуга для держателя образца может быть снабжена корпусом центрифуги, оборудованным отверстием доступа, которое можно закрывать и открывать крышкой, смонтированной с возможностью перемещения на корпусе центрифуги. Предпочтительно, обеспечен отдельный приводной двигатель для открытия и закрытия крышкой отверстия доступа, который, особенно при вышеупомянутом прямом соединении приемника держателя образца с выводным валом роторного приводного блока может быть обеспечен рядом с роторным приводным двигателем приемника держателя образца без занимания дополнительного пространства, которое увеличило бы размеры корпуса центрифуги. Например, приводной двигатель для крышки также может являться электрическим приводным двигателем, чей выводной вал может быть ориентирован параллельно выводному валу роторного приводного блока для приемника держателя образца.
В этом случае, корпус центрифуги занимает наименьшее возможное пространство, если внутренняя поверхность корпуса центрифуги ориентирована в направлении приемника держателя образца и/или внутренняя поверхность указанной крышки ориентирована в направлении приемника держателя образца - по меньшей мере в частях их периферий и, предпочтительно, по всей их протяженности в периферическом направлении вокруг оси вращения -выполнены в форме цилиндра или частичного цилиндра, чья ось является осью вращения.
Для того чтобы оценивать держатели образца так быстро, как это возможно, даже в процессе центрифугирования, центрифуга для держателя образца может содержать камеру или другое оптическое записывающее устройство, оптическая ось которого ориентирована таким образом, что оно осуществляет запись держателя образца, расположенного в удерживающей части.
Соответственно, сразу после остановки приемника держателя образца в заранее определенном положении, например, когда плоскость держателя образца перпендикулярна оптической оси указанной камеры, чье положение может быть обнаружено посредством вышеупомянутого датчика и может быть преднамеренно достигнуто при помощи регулирующего устройства, которое взаимодействует с указанным датчиком, может быть выполнена запись держателя образца, которую передают через соответствующие линии для передачи данных на обрабатывающий блок оценки изображения для оценки статуса указанного держателя образца после процесса центрифугирования.
Если центрифуга для держателя образца дополнительно оборудована проблесковой светофорной головкой или стробоскопом, то вышеупомянутую камеру можно использовать для выполнения оценки держателя образца в режиме реального времени, даже в течение процесса центрифугирования.
Для выполнения этого проблесковая светофорная головка или стробоскоп может быть соединен с датчиком обнаружения положения вращения и/или с роторным приводным блоком приемника держателя образца через соединение для передачи данных таким образом, что он запускает вспышку, когда вращающийся держатель образца находится в заранее определенном положении вращения, которое является особенно преимущественным для оптической оси указанной камеры, например, когда по меньшей мере одна продольная ось канала образца ориентирована перпендикулярно указанной оптической оси.
Для того чтобы обработать множество приемников держателя образца, которые ожидают центрифугирования с различными временными интервалами, которые короче, чем длительность центрифугирования, требуемая для выполнения одного тестирования, возможно снабжение центрифуги для держателя образца множеством приемников держателя образца, предпочтительно, с параллельными осями вращения и, особенно предпочтительно, при этом на приемник держателя образца приходится один корпус центрифуги. Предпочтительно, приемники держателя образца могут иметь индивидуальные приводы. Это позволяет получить центрифугу для держателя образца, которая может состоять из расположенных модульно вышеописанных центрифуг для держателя образца, на которые теперь будем ссылаться, как на модули центрифуги для держателя образца или суб-центрифуги для держателя образца. Однако каждый из этих отдельных модулей центрифуги для держателя образца, взятый отдельно, предпочтительно выполнен и функционирует в соответствии с вышеприведенным описанием.
Хотя модули центрифуги для держателя образца фактически могут быть по существу расположены с совпадением осей вращения, т.е. соосно, параллельное расположение осей вращения является предпочтительным, потому что в ином случае роторные приводные блоки держателя образца расположены между последовательными приемниками держателя образца, в результате чего модульно сконструированная центрифуга для держателя образца может быть сложной для восприятия. В предпочтительном случае параллельных осей вращения, приемники образца могут быть расположены один за другим в очень ограниченном пространстве, тем самым облегчая их автоматическую загрузку и разгрузку таким образом, что держатели образца, подлежащие центрифугированию, больше не нуждаются в перемещении с помощью обслуживающего персонала, но вместо этого могут перемещаться с помощью автоматических устройств, тем самым преимущественно снижая риск загрязнения образцов в держателе образца.
С целью облегчения автоматической обработки держателя образца и особенно требуемой автоматической загрузки и разгрузки модульно сконструированной центрифуги для держателя образца, возможно расположение осей вращения указанного множества приемников держателя образца по существу в общей плоскости оси вращения. Предпочтительно, платформа центрифуги для держателя образца параллельна указанной плоскости оси вращения.
Таким образом, возможно выполнение конфигурации центрифуги, в которой загрузка и разгрузка по меньшей мере одного приемника держателя образца могут выполнять при помощи загрузочной машины, и/или обеспечение держателя образца таким образцом, который может быть автоматически выполнен на держателе образца, который уже расположен в приемнике держателя образца. Для обеспечения (в положение готовности к тестированию) держателя образца образцом может быть обеспечено пипеточное устройство.
Следовательно, эти преимущества автоматизации могут быть достигнуты с помощью центрифугирующего устройства, содержащего центрифугу для держателя образца с по существу горизонтально расположенной осью вращения, как описано выше, а также содержащего пипеточное устройство для автоматического распределения текучей среды в канал образца держателя образца, удерживаемого по меньшей мере в одном приемнике держателя образца; пипеточное устройство содержит пипеточный канал, проходящий по существу в вертикальном направлении, и выполнено с возможностью перемещения предпочтительно вдоль вертикальной оси перемещения, и дополнительно или альтернативно пипеточному устройству, указанная конструкция центрифуги содержит загрузочную машину для автоматической загрузки и разгрузки указанного по меньшей мере одного приемника держателя образца, при этом загрузочная машина выполнена по существу с вертикальной загрузочной траекторией.
Эта конкретная требуемая степень автоматизации стала возможной благодаря возможности расположения оси или осей вращения горизонтально, что в очередной раз является результатом ориентации платформы центрифуги для держателя образца, параллельной оси вращения. Пипеточный канал, проходящей в вертикальном направлении, является преимуществом, поскольку распределению тестового вещества в держатель образца способствует сила тяжести, и, следовательно, может происходить с наименьшим возможным падением капель, т.е. без осуществления загрязнения. Загрузочная траектория загрузочных машин, по меньшей мере в конечной части, близкой к удерживающей части, предпочтительно аналогичным образом проходит вертикально, поскольку в этом случае приемник держателя образца может поддерживаться особенно устойчиво вышеописанным способом на двух поворотных опорах, между которыми расположена удерживающая часть. Следовательно, пространство над указанной по меньшей мере одной горизонтально расположенной осью центрифуги для держателя образца можно использовать для обработки держателей образца и/или для распределения тестового вещества в держатели образца. Это дополнительно содействует вышеописанной преимущественной модификации, в соответствии с которой приемник держателя образца может быть размещен в заранее определенном предпочтительном положении. В настоящем случае, это предпочтительное положение будет таким положением, в котором указанная по меньшей мере одна продольная ось канала образца расположена по существу вертикально; тогда продольный конец для введения тестового вещества указанного по меньшей мере одного канала образца, с которого надлежащим образом вводят тестовое вещество в канал образца указанного по меньшей мере одного канала, расположен выше, чем его противоположный по оси продольный конец по отношению к продольной оси канала образца.
Для того чтобы предотвратить столкновения между пипеточным устройством и загрузочной машиной, или для того, чтобы минимизировать риск этого, пипеточное устройство и/или загрузочная машина предпочтительно выполнены с возможностью перемещения в горизонтальном направлении.
Центрифуга в соответствии с настоящим изобретением может быть легко реализована в автоматической системе обработки жидкости. Такая автоматическая система обработки жидкости может содержать пипеточного робота, по меньшей мере один термоциклер, хранилище для реагентов и/или другие устройства для обработки жидкости.
Дополнительный аспект настоящего изобретения состоит в использовании масляного слоя для герметизации жидкого образца в сочетании с центрифугой. Как описано выше, жидкий образец может погружаться в масляный слой посредством центрифугирования резервуара, содержащего масляный слой и жидкий образец. Также при помощи центрифугирования резервуара возможно изгонять пузырьки воздуха в жидком образце, покрытом масляным слоем. Также возможно добавлять на отдельных этапах отдельные реагенты и погружать эти реагенты поэтапно сквозь масляный слой.
Аспект настоящего изобретения, состоящий в использовании масляного слоя для герметизации жидкого образца, независим от конструкции центрифуги. Однако использование масляного слоя упрощает автоматизацию обработки жидких образцов и, таким образом, может быть преимущественно объединено с центрифугой, имеющей ось вращения, параллельную платформе.
Настоящее изобретение более подробно будет объяснено ниже в сочетании с сопутствующими чертежами. На чертежах:
На фиг. 1 изображен перспективный вид сверху варианта осуществления центрифуги для держателя образца в соответствии с настоящим изобретением,
На фиг. 2 изображен вид сверху центрифуги для держателя образца на фиг. 1, и
На фиг. 3 изображено поперечное сечение центрифуги для держателя образца на фиг. 1 и 2 по секущей плоскости III-III с фиг. 2.
На фиг. 4а-4е показаны приемники держателя образца для удержания пробирок и микротитрационных планшетов в виде в поперечном сечении, виде сбоку, видах сверху и перспективном виде.
На фиг. 5а, 5b показан приемник держателя образца для удержания пакета для крови в виде в поперечном сечении и виде сбоку,
На фиг. 6-9 схематично показан дополнительный вариант осуществления центрифуги для центрифугирования микротитрационных планшетов на некоторых рабочих стадиях.
На фиг. 1-3 показан вариант осуществления центрифуги для держателя образца в соответствии с настоящим изобретением, которая целиком обозначена с помощью позиционного обозначения 10.
Центрифуга для держателя образца может содержать возможный составной корпус 12 центрифуги, который может содержать приводной блок и компоненты центрифуги таким образом, что они защищены от внешних воздействий.
Корпус 12 центрифуги может состоять из отдельных корпусных модулей, каждый из которых вмещает соответствующий приемник 14 держателя образца. Однако в примерах, показанных на фиг. 1-3, не такой случай. На всех указанных чертежах изображены приемники держателя образца, содержащиеся в общем корпусе 12 центрифуги.
Вариант осуществления центрифуги 10 для держателя образца, показанный в настоящем примере на фиг. 1 и 2, содержит четыре предпочтительно идентичных приемника 14 держателя образца, как, в частности, показано, на фиг. 3.
Каждый приемник 14 держателя образца может вращаться вокруг оси R вращения и, предпочтительно, связан со своей собственной осью R вращения. Каждая ось R вращения предпочтительно проходит через соответствующий приемник 14 держателя образца не по центру, как, в частности, показано на фиг. 3. Оси R вращения всех приемников 14 держателя образца лежат в одной плоскости, которая в настоящем примерном варианте осуществления изобретения параллельна плоскости чертежа на фиг. 2 и перпендикулярна плоскости чертежа на фиг. 3.
Корпус 12 центрифуги предпочтительно содержит несущую часть 16, часть 18 приемника держателя образца и приводную часть 20, которые предпочтительно расположены одна за другой в направлении осей R вращения, как прежде всего показано на фиг. 2.
Несущая часть 16 предпочтительно содержит первые несущие средства для поддержки с возможностью вращения приемников 14 держателя образца вокруг осей R вращения. Часть 18 приемника держателя образца предпочтительно содержит приемники 14 держателя образца таким образом, что они могут вращаться вокруг оси R вращения; приводная часть 20 предпочтительно содержит дополнительные несущие средства для поддержки приемника 14 держателя образца с вращением вокруг оси R вращения, а также содержит роторный приводной блок для приемника 14 держателя образца.
Для того чтобы достигать надежной и стабильной поддержки с возможностью вращения приемников 14 держателей образца, предпочтительно, между приемником 14 держателя образца и приводным блоком, который приводит этот приемник 14 держателя образца, расположены вторые несущие средства - относительно соответствующей оси R вращения - по оси.
Как особенно видно на фиг. 3, центрифуга 10 для держателя образца и, в частности, ее корпус 12, имеют платформу 22, которая является по существу плоской и параллельной по меньшей мере одной, предпочтительно всем, осям R вращения изображенного примерного варианта. Предпочтительно, платформа 22 параллельна плоскости, содержащей оси R вращения. Это обеспечивает компактную конструкцию центрифуги 10 для держателя образца, показанной на фиг. 1-3 с преимуществом автоматической загрузки держателей 24 образца сверху и/или с возможностью автоматического распределения тестового вещества в держатель 24 образца, уже находящийся в приемнике 14 держателя образца.
Предпочтительные держатели 24 образца, показанные в настоящем примере, выполнены в виде так называемых «гелевых карт», каждая из которых в настоящем примере содержит восемь соответствующих каналов 26 образца, которые предпочтительно выполнены по существу идентичными.
Каналы 26 образца в настоящем примере предпочтительно выполнены таким образом, что вращательно симметричная внутренняя стенка относительно продольной оси Р канала образца проходит по существу центрально через каналы 26 образца по их продольному направлению. Предпочтительно, так как в «гелевых картах» 24, показанных на фиг. 1-3, продольные оси Р каналов 26 образца держателя 24 образца лежат в одной плоскости, а именно, в плоскости Е держателя 24 образца, проходящего перпендикулярно плоскости чертежа на фиг. 3.
Приемники 14 держателя образца могут быть преимущественно выполнены подобно желобкам. Однако, обычно возможны также и другие конструкции.
В примере, показанном на фиг. 1-3, идентичные приемники 14 держателя образца имеют концевые стенки 28 на их продольных концевых участках, между которыми по каждой стороне оси R вращения могут проходить боковые стенки 30. Концевые стенки 28 предпочтительно расположены перпендикулярно относительно оси R вращения для того, чтобы обеспечить возможность выполнения приемников 14 держателя образца настолько короткими и функциональными, насколько это возможно, относительно оси R вращения.
На продольных концах приемников держателя образца могут быть обеспечены разделительные части 32 стенки, которые могут иметь фиксирующие элементы 34, возможно, в виде фиксаторов, проходящих в направлении приемного отверстия 36 приемника 14 держателя образца, который надежно удерживает держатели 24 образца в приемнике 14 держателя образца и снижает потенциальную возможность нежелательного отсоединения и падения от приемников 14 держателя образца. Разделительные части 32 стенки, в изображенном примере обеспеченные только в продольных концевых частях приемника 14 держателя образца на обеих сторонах приемного отверстия 36, также могут проходить дальше в приемник 14 держателя образца вдоль оси R вращения, начиная от одного продольного конца, могут быть обеспечены в средней части вместо обеспечения на продольных концах, или могут проходить по всей длине приемника 14 держателя образца.
В целях лучшего понимания следует отметить, что на фиг. 1-3, использованных в настоящем документе, приемники 14 держателя образца и каждый отдельный модуль центрифуги выполнены по существу идентичными всем другим аналогичным компонентам так, что позиционные обозначения, фактически применимые ко всем аналогичным компонентам, обеспечены только для компонентов, выбранных в качестве примера, для того, чтобы не перегружать чертежи позиционными обозначениями, и для того, чтобы дать понятное описание центрифуги 10 для держателя образца.
Вместо выступающих фиксаторов также возможно обеспечение других фиксирующих средств 34, например, выступов, шариковых защелок и тому подобного, которые упруго перемещаются вперед и назад по отношению к плоскости Е держателя 24 образца, находящегося в приемнике 14 держателя образца.
Как показано, в частности, на фиг. 2 и 3, приемное отверстие 36 приемника держателя образца предпочтительно находится на радиальной линии, отходящей от оси R вращения таким образом, что продольные оси Р держателей 24 образца, вставленных в приемное отверстие 38, преимущественно пересекают оси R вращения центрифуги 10 для держателя образца. Однако это не является абсолютным требованием. Продольные оси Р держателя образца также могут проходить на незначительном расстоянии от оси R вращения, например, на расстоянии, не большем, чем наибольший радиальный размер канала 26 образца, начиная от продольной оси Р этого канала образца. Это особенно обеспечивает то, что в течение процесса центрифугирования направление действия центробежной силы, действующей на каналы 26 образца, находится по меньшей мере частично в канале 26 образца, что обеспечивает эффективный процесс центрифугирования.
Из фиг. 3 также ясно, что когда держатели 24 образца вставлены в приемное отверстие 36, продольный конец каналов 26 образца, ближайший к оси вращения, находится на этой оси вращения. В результате, возможно получение корпуса 12 центрифуги, который радиально является очень коротким относительно оси R вращения и занимает небольшой объем пространства.
Однако расстояние от продольного конца каналов 26 образца, ближних к оси вращения, до оси R вращения центрифуги 10 для держателя образца не должно быть равно нулю. Оно может быть меньше, чем габаритный размер держателя 24 образца в направлении продольной оси Р держателя образца, и, в частности, может быть короче, чем длина каналов 26 образца.
В показанном примере загрузка и разгрузка приемника 14 держателя образца, в частности, удерживающей части 38, предпочтительно состоящей из приемного отверстия 36 и разделительных частей 32 стенки, может происходить сверху, т.е. посредством по существу вертикально ориентированной загрузочной траектории L, которая преимущественно лежит в плоскости Е держателей 24 образца в загруженном состоянии приемника 14 держателя образца.
Для облегчения загрузки разгрузки, например, посредством захватывающих инструментов загрузочной машины, расстояние между противоположными боковыми стенками 30 предпочтительно увеличивается с расстоянием от оси R вращения таким образом, что боковые стенки 30, принадлежащие одному и тому же приемнику 14 держателя образца могут формировать подобие туннеля.
Как ясно видно из фиг. 3, ось R вращения проходит не по центру через приемник 14 держателя образца, который преимущественно проходит по существу параллельно и вдоль нее, потому что при взгляде на приемник 14 держателя образца в поперечном сечении с секущей плоскостью, проходящей перпендикулярно оси вращения, ось R вращения не лежит в центре области границ изображения поперечного сечения приемника 14 держателя образца. В показанном на фиг. 3 примерном варианте осуществления изобретения, эти границы имеют трапецеидальную форму с закругленными углами, а более длинные из двух параллельных трапецеидальных оснований на фиг. 3, расположены над более короткими из двух параллельных трапецеидальных оснований.
Посредством этого предпочтительного эксцентриситета оси R вращения относительно приемника 14 держателя образца возможно выполнять преимущественную балансную ситуацию, в которой приемник 14 держателя образца фактически имеет дисбаланс относительно вращения вокруг оси R вращения в незагруженном состоянии, но этот дисбаланс может быть уменьшен или даже исключен благодаря загрузке в него заранее определенного держателя 24 образца. Этой цели также служат части боковых стенок 30, называемые в настоящей заявке также «балансирующими частями» 40, которые предпочтительно обеспечены таким образом, что приемник 14 держателя образца с вставленным в него заранее определенными держателями 24 образца, может вращаться вокруг оси R вращения по существу без какого-либо дисбаланса.
Для загрузки и разгрузки удерживающей части 38 приемника 14 держателя образца центрифуга 10 для держателя образца может быть снабжена блоком 42 датчика, который обнаруживает предпочтительное загрузочное и разгрузочное положение приемника 14 держателя образца относительно платформы 22, показанной на фиг. 3. Это может быть выполнено, например, посредством двух датчиков 44, например, датчиков близости или фотодиодов, которые обеспечены таким образом, что они только испускают сигнал совпадения, когда приемник 14 держателя образца находится в заранее определенном положении. Альтернативно, на приводном валу, который не показан в настоящем документе, или на компоненте, который вращается вместе с этим валом или может взаимодействовать с этим компонентом, также могут быть обеспечены датчики.
Тем же способом, каким может происходить загрузка и разгрузка варианта осуществления центрифуги 10 для держателя образца в соответствии с настоящим изобретением, обсуждаемой в настоящем документе, вдоль по существу вертикальной загрузочной траектории L, необработанный держатель 24 образца с обеспеченным в нем базовым веществом также может быть сначала вставлен в приемник 14 держателя образца, а затем может быть снабжен тестовым веществом, распределенным сверху при помощи пипеточного устройства. Следовательно, держатель 24 образца можно центрифугировать сразу после снабжения тестовым веществом, тем самым также делая возможным выполнение чувствительных ко времени тестов с помощью рассматриваемой в настоящем документе центрифуги 10 для держателя образца.
С одной стороны, для того, чтобы защитить держатель 24 образца во время центрифугирования, а с другой стороны, для того, чтобы защитить окружающее лабораторное оборудование и занятый персонал лаборатории, корпус 12 центрифуги может иметь частично цилиндрическую внутреннюю стенку 46, которая окружает приемник 14 держателя образца, и чья ось неполного цилиндра предпочтительно совпадает с осью R вращения. Только частично цилиндрический вариант осуществления внутренней поверхности 46 является преимущественным, потому что это создает отверстие 48 доступа, через которое можно загружать, выгружать и/или отмеривать пипеткой держатель 24 образца.
Для того чтобы закрывать отверстие 48 доступа, может быть обеспечена предпочтительно аналогичная частично цилиндрическая крышка 50, которая предпочтительно аналогичным образом имеет ось R вращения в качестве оси неполного цилиндра и может быть направлена в канавку 52 в боковых стенках 54 и 56, перпендикулярной оси R вращения для выполнения кругового движения вокруг оси R вращения. Для лучшей видимости из четырех модулей, показанных на фиг. 3, крышка 50 опущена на двух модулях центрифуги слева.
Крышка 50 на своей большой периферической поверхности может иметь по меньшей мере одно зацепляющее образование 58, предпочтительно, множество зацепляющих образований 58, например, в виде зубцов, что ответное зацепляющее образование 60, например, зубчатое зацепление, обеспеченное в корпусе 12 центрифуги, может приводиться с помощью замкового зацепления для выполнения открывающего и закрывающего движения для обеспечения открытия и закрытия отверстия 48 доступа в соответствии с желанием оператора или в соответствии с заранее определенной последовательностью, например, в зависимости от принципа загрузочного устройства, захватывающего устройства и/или пипеточного канала. Для этой цели двигательная часть 20 корпуса 12 центрифуги может быть снабжена отдельным приводным блоком для крышки, который может приводить ответные зацепляющие образования 60 в обоих направлениях возможного перемещения.
На стороне, ориентированной в направлении от части 18 приемника держателя образца, для технического обслуживания и ремонта к приводной части 20 может быть осуществлен доступ посредством съемной задней пластины.
С помощью представленной в настоящем документе центрифуги 10 для держателя образца не смотря на то, что она занимает небольшой объем возможного пространства, является возможным центрифугирование как одного держателя 24 образца, так и множества держателей 24 образцов, в кратчайший период времени после того, как они были снабжены тестовым веществом.
Для того чтобы также обеспечивать возможность уменьшения времени оценки, корпус 12 центрифуги может быть снабжен камерой 54, которая в сочетании со стробоскопом 66 может отправлять изображение держателя 24 образца на оценочный блок (не показан) даже во время процесса центрифугирования, когда приемник 14 держателя образца находится в положении, показанном на фиг. 3 и также являющимся оценочным положением. Для этой цели стробоскоп 66 может действовать совместно с датчиками 44 из группы 42 датчиков для запуска проблесковых блоков.
Следовательно, предпочтительно, загрузочное и разгрузочное положение и оценочное положение приемника 14 держателя образца являются одним и тем же положением, так что оба эти положения могут быть обнаружены с помощью одного блока 42 датчика.
На фиг. 4а, 4b, 4с показан приемник 14 держателя образца, выполненный для удержания некоторого количества отдельных пробирок 70. Приемник 14 на фиг. 4а и 4b заменяет соответствующий приемник в центрифуге согласно фиг. 1-3. Приемник 14 содержит концевые стенки 28 и боковые стенки 30, а также нижнюю стенку 71. На нижней стенке выполнены несколько приемных отверстий 72. В каждое приемное отверстие 72 можно поместить одну пробирку 73.
На своем верхнем конце пробирка 70 снабжена круглым бортиком 74, который закрепляет пробирку 70 в нижней стенке 71. Вариант осуществления, показанный на фиг. 4а и 4b, содержит четыре приемных отверстия 72, расположенных на одной линии. Приемник 14 может быть выполнен с любым другим количеством приемных отверстий 72. Хотя различное расположение приемных отверстий 72 обычно является возможным. Приемник 14 вращается вокруг оси R вращения. На внешних поверхностях концевых стенок 28 обеспечены несущие стержни, находящиеся на одной линии с осью R вращения. Один из этих несущих стержней находится в контакте с приводным двигателем (не показан) для вращения приемника 14 держателя образца вокруг оси R вращения.
Вес приемника 14 существенно больше, чем вес пробирок 70 и их потенциально возможного содержимого. Кроме того, центр массы приемника близок к оси R вращения. Поскольку вес пробирок 70 довольно мал по сравнению с весом приемника, вес этих пробирок незначительно влияет на момент инерции и только немного смещает указанный центр массы, так что центрифуга может работать на больших скоростях вращения, даже если в нее не загружено ни одной пробирки или загружено четыре пробирки 73, которые заполнены жидким образцом.
Приемник 14 держателя образца в соответствии с фиг. 4а, 4b, 4с содержит четыре приемных отверстия 72, расположенных на одной линии. Эти приемные отверстия 72 расположены параллельно оси R вращения.
На фиг. 4d показан подобный приемник 14 держателя образца, который отличается от приемника в соответствии с фиг. 4а-4с только тем, что приемные отверстия 72 не расположены точно на одной линии, а расположены в виде зигзага таким образом, что приемные отверстия 72 смещены относительно виртуальной линии, параллельной оси вращения. Величина смещения меньше, чем расстояние между приемными отверстиями 72 и осью R вращения. Такое распределение приемных отверстий 72 с только небольшим смещением к виртуальной линии, параллельной оси вращения, по существу проходит параллельно оси вращения.
На фиг. 4е показан дополнительный вариант осуществления приемника 14 держателя образца, содержащего два несущих стержня 73, задающих ось R вращения, рамку 90 для удержания микротитрационного планшета 84 и две концевых стенки 28 для соединения рамки 90 с несущими стержнями 73. Ширина w указанной конфигурации реакционных резервуаров микротитрационного планшета 84 в поперечном направлении к оси R вращения существенно меньше, чем расстояние d между осью R вращения и микротитрационным планшетом 84, вставленным в рамку 90. Таким образом, это обеспечивает практически одинаковую центробежную силу, действующую на все образцы в различных резервуарах микротитрационного планшета 84.
На фиг. 5а, 5b показан другой вариант осуществления приемника 14 держателя образца для удержания пакета 75 для крови. Этот приемник 14 снова содержит две боковые стенки 30, две концевые стенки 28 и нижнюю стенку 71, содержащую одно приемное отверстие 72. Для удержания пакета 75 для крови обеспечена подставка 76. Подставка содержит манжету для зацепления с направленным вверх выступом, расположенным на крае приемного отверстия 72.
Подставка выполнена с обеспечением возможности сжатия, так что после центрифугирования пакета для крови подставка и пакет для крови могут быть сжаты, а плазма, собранная в верхней части пакета для крови, может быть выдавлена, так что в этом пакете для крови останутся только красные кровяные тельца.
Подставка 76 является одноразовой, которую можно использовать только один раз.
Боковые стенки 30 толще, чем соответствующие боковые стенки 30 вышеописанных вариантов осуществления, поскольку эти боковые стенки 30 используют в качестве противовеса пакету 75 для крови. Таким образом, пакеты 75 для крови объемом несколько сотен мл могут быть зафиксированы в этом приемнике и центрифугированы на высокой скорости вращения.
Такой приемник 14 для центрифугирования более крупных резервуаров предпочтительно может быть снабжен автоматически регулируемым противовесом. Положение противовеса можно регулировать автоматически посредством электрического привода, в котором при вращении с более низкой скоростью обнаруживают дисбаланс вращающихся деталей и компенсируют посредством перемещения противовеса. После сбалансирования вращающихся деталей скорость вращения можно увеличивать.
На фиг. 6 схематично показан еще один вариант осуществления центрифуги 80. Центрифуга 80 содержит ротор 81, который смонтирован с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси R. Ротор 81 содержит каркас 82 в виде буквы X, при этом на внешнем конце каркаса 82 выполнены приемники 83 держателя образца. Эти приемники 83 выполнены для приема микротитрационного планшета 84. Такие микротитрационные планшеты хорошо известны в данной области техники, и существуют микротитрационные планшеты, содержащие 96, 384, 1536 резервуаров.
Центрифуга 80 содержит корпус 85, содержащий нижнее отверстие 86 под осью R вращения и верхнее отверстие 87 над осью R вращения. Отверстия 86, 87 могут быть закрыты посредством вращающейся дверцы 88.
На фиг. 6 показана центрифуга 80 на стадии, на которой один приемник 83 помещен в нижней части, а в верхней части центрифуги помещен другой приемник 83. В этом положении оба приемника 83 расположены горизонтально. Посредством горизонтального поступательного перемещения в нижний приемник 83 может быть загружен микротитрационный планшет 84.
После загрузки центрифуги дверца 88 закрывает отверстия 86, 87, а ротор вращается вокруг оси R вращения (фиг. 7).
Поскольку центрифугу 80 загружают или разгружают посредством горизонтального поступательного перемещения микротитрационного планшета 84, такую центрифугу легко можно реализовать в автоматической системе обработки жидкости.
На фиг. 8 показана та же центрифуга, что и на фиг. 6 и 7, однако, в приемник 83, помещенный в верхнем положении центрифуги 80, загружен микротитрационный планшет. Отверстия резервуаров микротитрационного планшета 84 направлены радиально наружу. Посредством вращения ротора 81 содержимое резервуаров микротитрационного планшета 84 выплескивается радиально наружу. Такую конфигурацию используют для промывки резервуаров микротитрационного планшета 84. После загрузки микротитрационного планшета 84 в центрифугу ротор 81 поворачивают на 180° и останавливают. Все жидкое содержимое, которое не прилипло за счет поверхностного натяжения, выпадает из резервуаров в чашу (не показана), помещенную ниже. Затем ротор вращают на высокой скорости вращения для удаления всего остаточного содержимого резервуаров микротитрационного планшета.
Корпус 85 содержит в верхней части автоматически съемную крышку 89. Микротитрационный планшет могут удерживать непосредственно под верхней частью корпуса 85, а затем могут открывать крышку 89. В резервуары микротитрационного планшета с помощью пипеточных средств могут вводить промывочный раствор, а затем могут повторять вращение микротитрационного планшета с промывочным раствором. Этот процесс могут повторять несколько раз. Таким образом, центрифугу 80 в соответствии с настоящим изобретением также можно использовать в качестве моечной установки для промывки реакционных резервуаров, использованных для проведения химических и/или биологических реакций.
Если такая центрифуга должна быть использована как для промывки, так и для центрифугирования, то предпочтительно снабжать корпус 85 внутренним одноразовым покрытием, таким как бумажный цилиндр, который может быть удален после каждого моечного процесса.
Было показано, что оставшийся объем промывочного раствора, который остается в резервуаре после центрифугирования микротитрационного планшета, был менее 0,01 мкл при применяемом количестве промывочного раствора, например, 200 мкл на нескольких моечных этапах, что дает степень разбавления 20000:1. Обычные моечные машины для промывки микротитрационных планшетов обеспечивает степень разбавления 40:1. Использование такой центрифуги увеличивает степень разбавления в 5000 раз. Таким образом, промывка с помощью центрифуги намного улучшает эффективность по сравнению с обычными моечными системами для микротитрационных планшетов.
Предпочтительно, выполняют несколько моечных этапов, например, два, при этом каждый моечный этап начинают с распределения промывочного раствора в резервуары. Затем раствор выливают посредством центрифугирования. Возможно использование одинакового промывочного раствора для всех моечных этапов или также возможно использование различного типа промывочных растворов для различных моечных этапов.
Для улучшения эффективности промывки промывочный раствор и/или резервуары, подлежащие промывке, могут нагревать.
По мере выливания промывочного раствора из резервуаров при центрифугировании необходимо отсасывать этот промывочный раствор посредством игольчатых клапанов, как это производится в уровне техники. Это часто вызывает проблемы в устройствах уровня техники, поскольку иногда игольчатые клапаны забиваются отходами, содержащимися в резервуарах.
Настоящее изобретение описано выше при помощи нескольких различных примеров. Такая центрифуга может являться частью инкубатора, в котором температура регулируется в диапазоне от -20° до +40°.
Кроме того, такую центрифугу можно соединить с вакуумным насосом, так что в течение центрифугирования образцов к корпусу, в котором расположена центрифуга, одновременно может быть подано разрежение. Это обеспечивает возможность одновременного центрифугирования и сушки образцов.
2
2
Кроме того, возможно соединение указанной центрифуги с источником инертного газа таким образом, что центрифуга, расположенная в закрытом корпусе, полностью покрыта инертным газом. Таким инертным газом может быть, например, N, CO, Не.
Центрифуга в соответствии с фиг. 6-8 может быть выполнена таким образом, что крышка 89 и дверца 88 соединены так, что их открывают и закрывают одновременно.
Двигатель для вращения ротора 81 предпочтительно является серводвигателем. Когда начинают вращение ротора 81, оно должно быть очень быстро ускорено для того, чтобы гарантировать, что ни один образец не будет потерян в верхнем положении резервуара в центрифуге. Следовательно, может быть целесообразным начинать перемещение ротора посредством качающегося перемещения вперед и назад, при этом амплитуду и скорость ротора поэтапно увеличивают. Такое качающееся движение также может быть целесообразным для остановки движения ротора, в котором резервуар или микротитрационный планшет, соответственно, перемещаются в течение замедляющего процесса через самое нижнее положение и медленно откатываются назад для конечной остановки в этом самом нижнем положении приемника 83 ротора.
Приемник 83 ротора может быть снабжен фиксатором для фиксации микротитрационного планшета или подставки для удержания нескольких отдельных резервуаров, в частности, пробирок. Приемник 83 может быть выполнен для приема микротитрационных планшетов различного типа, в частности микротитрационных планшетов, содержащих глубокие ячейки.
Кроме того, для считывания штрихкодов, выполненных на нижней стенке резервуаров микротитрационного планшета или на дне пробирок, в нижней части центрифуги может быть выполнен считыватель штрихкода.
Жидкий образец может быть покрыт слоем масла. Такой слой масла могут автоматически добавлять на образец при помощи пипеточных средств. Такой слой масла может надежно защищать жидкий образец от контакта с воздухом. В комбинации с использованием центрифуги такой слой масла могут обеспечивать на дне пробирки. Посредством центрифугирования слоя масла и жидкой пробы над этим масляным слоем жидкая проба погружается сквозь слой масла таким образом, что она полностью покрыта этим масляным слоем. Таким образом, возможно сначала вводить масляный слой, а затем жидкий образец, который должен быть покрыт масляным слоем. Таким образом, могут использоваться пробирки, изначально наполненные масляным слоем, при этом жидкие образцы могут погружаться сквозь масляные слои. Это делает покрытие жидких образцов легким для автоматизации, поскольку не требуется обработка каких-либо крышек.
В следующих примерах использование этого слоя описано для центрифугирования образцов, реагентов и реакционных смесей. Образцы являются водными растворами, содержащими матрицу или мишень, подлежащую исследованию. Реагенты содержат все компоненты для некоторой химической и/или биологической реакции помимо указанных матриц. Такие химические и/или биологические реакции обычно являются реакциями ПЦР (PCR, polymerase chain reaction, полимеразная цепная реакция), разветвленной ДНК-гибридизации (bDNA, branched DNA), секвенирующими или подобными реакциями. Реакционная смесь содержит как по меньшей мере один образец, так и реагенты. Следует также проводить различие между реакционными смесями до амплификации, которые называются дореакционными смесями, и реакционными смесями после амплификации, которые называются поспереакционными смесями.
Способ а
Резервуар может быть изначально снабжен слоем масла. Образец могут помещать в указанный резервуар при помощи пипетирования. Резервуар, содержащий образец, лежащий на слое масла, центрифугируют, благодаря чему образец погружается в слой масла таким образом, что после этапа центрифугирования образец покрыт слоем масла.
Способ b
Образец помещают в резервуар. На образец помещают слой масла. Резервуар, содержащий указанные образец и слой масла, центрифугируют, при этом удаляется возможный воздух между указанными образцом и слоем масла.
Это является простым способом избежать контакта образца с воздухом.
Способ с
Способ с основан либо на способе а, либо на способе b и начинается с резервуара, содержащего образец, покрытый слоем масла.
Реагенты, подходящие для реакции ПЦР, помещают в указанный резервуар. Резервуар центрифугируют таким образом, что реагенты погружаются сквозь слой масла.
Эта реакционная смесь подвергается температурным циклическим испытаниям ПЦР таким образом, что матрицы или мишени, содержащиеся в образце, амплифицируются.
Опционально, возможно добавление дополнительных реакционных смесей для проведения дополнительных химических и/или биологических реакций, которые также помещают под слой масла посредством центрифугирования.
Таким образом, использование слоя масла для покрытия образца делает возможным то, что образец приходит в контакт с реакционными смесями без какой-либо опасности загрязнения, а также что несколько реакционных смесей могут быть добавлены поэтапно. Весь процесс могут выполнять только посредством пипетирования и центрифугирования. Нет необходимости механического открытия крышки или покрытия реакционных резервуаров за счет падения.