DE3872341T2

DE3872341T2 - Geraet zum durchfuehren einer fluessigkeitsreaktion.

Info

Publication number: DE3872341T2
Application number: DE8888309401T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Kobayashi; Munechika Sakabe; Osamu Segawa; Shigeki Yagi; Tomoo Yamamoto
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2008-10-08
Also published as: EP0311440B1; EP0311440A3; US5102623A; DE3872341D1; EP0311440A2

Description

Diese Erfindung betrifft ein Gerät zur Durchführung von Flüssigkeitsreaktionen, insbesondere, obwohl die Erfindung nicht in dieser Weise beschränkt ist, ein Gerät zur automatischen Durchführung von Flüssigkeitsrektionen in einer Labor- oder Probenbehandlung, d.h. einer Reaktion in der sehr kleine Mengen einer flüssigen Probe und einer Reagenz verwendet werden, wobei das Gerät eine automatische Pipettiervorrichtung benutzt.
In der Biochemie werden viele Enzymreaktionsverfahren benutzt, um biochemische Proben wie Proteine und Nukleinsäuren in einem Labor zu untersuchen.
Bei Enzymreaktionsverfahren wird ein aus der Behandlung einer sehr kleinen Flüssigkeitsmenge und der thermischen Einwirkung auf diese Flüssigkeitsmenge bei einer bestimmten Temperatur bestehender Verfahrensschritt sehr oft wiederholt. Üblicherweise werden solche Enzymreaktionsverfahren manuell von Laborkräften ausgeführt und sind deshalb sehr aufwendig.
In den letzten Jahren versuchten Probenvorbereitungsverfahren die Vorgänge von Robotern statt von Menschen ausführen zu lassen. Dabei wird ein Roboterarm, der Probenbehältnisse und Spritzen handhaben kann, so gesteuert, daß er die Probenvorbereitungsverfahren mit Hilfe von Experimentiergeräten und Reagenzien, die sich zusammen mit dem Roboterarm auf einem Arbeitstisch befinden, durchführt. Solch eine Möglichkeit automatische Probenvorbereitung mit Hilfe von Robotern bewerkstelligen zu lassen, wurde detailliert von F.H. Zenie et al in American Laboratory, Juni 1982, auf den Seiten 96 - 104 beschrieben. Nach diesem Stand der Technik bringt der Einsatz von Robotern die Anordnung der Experimentiergeräte und Reagenzien auf einer Fläche mit sich und beansprucht dadurch einen großen Platzbedarf. Dementsprechend beansprucht ein einmal eingerichtetes Robotersystem beinahe den ganzen Platz einer Arbeitsfläche und läßt für andere Geräte keinen Raum. Darüber hinaus ist diese Methode besonders ungeeignet für Reagenzien, wie z.B. Enzyme, welche bei Raumtemperaturen unbeständig sind und deshalb nicht auf der Arbeitsfläche belassen werden können.
In WO 86/02168 ist ein Gerät zur Durchführung von Flüssigkeitsreaktionen offenbart, welches
verschiebbar angebrachte Mittel, um einen oder mehrere Probenbehälter und einen oder mehrere Reagenzienbehälter zu tragen,
eine Pipettiereinrichtung, um eine Reagenz aus einem Reagenzienbehälter zu saugen und um die Reagenz in einen Probenbehälter zu entladen,
Mittel, um die verschiebbar angebrachten Mittel aus und in Stellungen, in denen die Pipettiereinrichtung vertikal mit einem Probenbehälter bzw. Reagenzienbehälter ausgerichtet ist, horizontal zu verschieben und
Mittel, um die Pipettiervorrichtung aus einer oder mehreren Stellungen in eine oder mehrere Stellungen, in der eine Reagenz aus einem Reagenzienbehälter gesaugt und in einen Probenbehälter entladen werden kann, vertikal zu verschieben,
umfaßt.
Das erfindungsgemäße Gerät zur Durchführung von Flüssigkeitsreaktionen umfaßt
verschiebbar angebrachte Mittel, um einen oder mehrere Probenbehälter und einen oder mehrere Reagenzienbehälter zu tragen,
eine Pipettiereinrichtung, um eine Reagenz aus einem Reagenzienbehälter zu saugen und um die Reagenz in einen Probenbehälter zu entladen,
Mittel, um die verschiebbar angebrachten Mittel aus und in Stellungen, in denen die Pipettiereinrichtung vertikal mit einem Probenbehälter bzw. Reagenzienbehälter ausgerichtet ist, horizontal zu verschieben und
Mittel, um die Pipettiereinrichtung aus einer oder mehreren Stellungen in eine oder mehrere Stellungen, in der eine Reagenz aus einem Reagenzienbehälter gesaugt und in einen Probenbehälter entladen werden kann, vertikal zu verschieben, gekennzeichnet dadurch, daß
die verschiebbar angebrachten Mittel getrennte, verschiebbar angebrachte erste und zweite Plattformen zum Tragen des Probenbehälters oder der Probenbehälter bzw. zum Tragen des Reagenzbehälters oder der Reagenzienbehälter aufweisen,
und daß eine Heizeinrichtung zum Heizen eines von der ersten Plattform getragenen Probenbehälters vorgesehen ist, welche eine obere Heizplatte zum Beheizen einer oberen Oberfläche eines Probenbehälters, eine untere Heizplatte zum Beheizen einer unteren Oberfläche eines Probenbehälters und eine
Steuereinrichtung aufweist, um die oberen und die unteren Heizplatten in wärmeleitendem Kontakt mit den oberen und unteren Oberflächen des Probenbehälters zu belassen und um die untere Heizplatte vom Probenbehälter zu entfernen, während die obere Heizplatte in wärmeleitendem Kontakt mit dem Probenbehälter belassen wird.
Die Heizeinrichtung kann erste Kontaktanordnungen zum Herstellen eines wärmeleitenden Kontakts zwischen der oberen Heizplatte und der oberen Oberfläche des Probenbehälters und zweite Kontaktanordnungen zur Herstellung eines wärmeleitenden Kontakts zwischen der unteren Heizplatte und der unteren Oberfläche des Probenbehälters umfassen.
Eine Steuereinrichtung kann vorgesehen sein, um die oberen und die unteren Heizplatten in wärmeleitendem Kontakt zwischen der unteren Heizplatte und der unteren Oberflächen des Probenbehälters zu belassen und um die untere Heizplatte vom Probenbehälter zu entfernen, während die obere Heizplatte in wärmeleitendem Kontakt mit dem Probenbehälter belassen wird.
Eine Kühleinrichtung kann vorgesehen sein, um den oder die Reagenzienbehälter zu kühlen.
Die Pipettiereinrichtung kann von einem Rahmen getragen werden, der zur vertikalen gleitenden Bewegung auf einem horizontal beweglichen Basisgestell angebracht ist, wobei Mittel vorgesehen sind, um die vertikale Bewegung des Rahmens und die horizontale Bewegung des Basisgestells zu bewirken.
Die Pipettiereinrichtung kann eine vom Rahmen getragene Nadelführung und eine Nadel, die verschiebbar in der Nadelführung gelagert ist und von einem Stützglied getragen wird, vorsehen, wobei das Stützglied zur vertikalen, gleitenden Bewegung auf dem Rahmen angebracht ist, und Mittel, die diese vertikale, gleitende Bewegung bewirken, vorgesehen sind.
Erfassungseinrichtungen können vorgesehen sein, um die vertikale Position des Rahmens zu erfassen und um ein Erfassungssignal an eine Steuereinrichtung zu senden, um die Bewegung des Rahmens zu stoppen.
Das Gerät kann eine dritte verschiebbar angebrachte Plattform, zum Tragen wenigstens eines konischen Elements, welches auf der Pipettiereinrichtung angebracht werden kann, und Mittel, welche die dritte Plattform horizontal in und aus einer Position verschieben, in der sich ein konisches Element in vertikaler Anordnung mit den Pipettiereinrichtungen befindet, aufweisen.
In ihrer bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung ein Gerät zur Durchführung automatischer Flüssigkeitsreaktionen zur Verfügung, welches auf einer Arbeitsfläche wenig Platz beansprucht und unbeständige Reagenzien, wie z.B. Enzyme, lange Zeit speichern kann, und dessen Betrieb sehr einfach und leicht ist.
In ihrer bevorzugten Ausführungsform benutzt die Erfindung zwei Plattformen, welche horizontal und entlang von Achsen gleitbar beweglich sind. Eine Mikroplatte, welche eine Vielzahl von in Reihen angeordneten Vertiefungen aufweist, ist auf der ersten Plattform angebracht, und Reagenzflaschen sind auf der zweiten Plattform angebracht. Ein Pipettiergerät ist gleichzeitig an einer horizontalen Schachtführungsschiene, welche horizontal verschiebbar ist, und an einer Achse, die senkrecht zu den Achsen verläuft, an denen entlang die beiden Plattformen gleiten, angebracht. Die horizontale Schachtführungsschiene ist auf einer vertikalen Schachtführungsschiene angebracht, um in vertikaler Richtung verschiebbar zu sein. Daher kann das Pipettiergerät in einer Ebene bewegt werden, welche auf den Verschiebungsrichtungen der beiden Plattformen senkrecht steht. Wenn Reagenzien aus den Reagenzienflaschen gesaugt werden sollen, wird die zweite Plattform so bewegt, daß eine Reagenzienflasche unter das Pipettiergerät gestellt wird und das Pipettiergerät wird abwärts in die Reagenzienflasche bewegt, um die Reagenz aufzusaugen. Wenn die Reagenz entladen werden soll, wird die erste Plattform so bewegt, daß die Mikroplatte direkt unter dem Pipettiergerät ist und das Pipettiergerät wird abwärts in eine Vertiefung bewegt, um die Reagenz zu entladen. Dadurch wird die Reagenz bei minimalem Platzbedarf für die Einrichtung des Geräts effektiv verwendet.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Geräts zur Durchführung von Flüssigkeitsreaktionen;
Fig. 2 eine bildliche Darstellung des Tastenfelds des in Fig. 1 gezeigten Geräts;
Fig. 3 eine bildliche Darstellung eines Menüs, welches auf einer Sichtanzeige des in Fig. 1 gezeigten Geräts erscheinen kann;
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Geräts zur Durchführung von Flüssigkeitsreaktionen;
Fig. 5 einen Übersichtsschaltplan eines Antriebssystems des Geräts von Fig. 4;
Fig. 6 den Querschnitt eines Pipettiergeräts, welches in dem in Fig. 4 gezeigten Gerät angewandt werden kann;
Fig. 7 den Querschnitt eines in Fig. 6 gezeigten Pipettiergeräts mit einer in einer Spitze befindlichen Nadelführung;
Fig. 8 den Querschnitt eines in Fig. 6 gezeigten Pipettiergeräts mit der dem Aufsaugen der Reagenz entsprechenden Anordnung der Einzelteile;
Fig. 9 ein Blockschaltbild einer in Fig. 7 dargestellten Lichterfassungsvorrichtung;
Fig. 10 den Querschnitt einer oberen und einer unteren Heizeinrichtung aus Fig. 4 mit einer sich zwischen den Heizveinrichtungen befindenden Mikroplatte;
Fig. 11 eine der Fig. 10 ähnliche Darstellung, wobei aber die untere Heizveinrichtung aus der in Fig. 10 gezeigten Stellung entfernt ist;
Fig. 12 ein Flußdiagramm, welches den Arbeitsgang des in Fig. 4 dargestellten Geräts veranschaulicht.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Gerät dargestellt, welches auf einem Arbeitstisch untergebracht werden kann. Das Gerät umfaßt ein Gehäuse 1 mit Abmessungen, die einer Analysenwaage entsprechen, wie sie normalerweise in einem Labor verwendet wird, und einem Deckel 2, um die ganze Oberfläche des Gehäuses 1 zu verschließen. Der Deckel 2 besteht aus durchsichtigem oder lichtdurchlässigem Acrylharz o.ä., wodurch das Innere des Gehäuses 1 von außen zu sehen ist. Der Deckel 2 wirkt bevorzugterweise als eine Strahlenabschirmung, z.B. gegen Betastrahlen, und erhöht so die Sicherheit bei Verwendung radioaktiver Proben. Eine Sichtanzeige 3 und ein Tastenfeld 4 sind auf einer unteren Oberfläche der Vorderseite des Gehäuses 1 vorgesehen.
Ein Beispiel für das Tastenfeld 4 ist in Fig. 2 gezeigt. Das Tastenfeld 4 umfaßt Tasten für die Ziffern von 0 bis 9, um eine Anzahl von Proben, Bedingungen und anderer Dinge einzugeben, Schreibmarkentasten (Cursortasten) 6, um eine Schreibmarke (Cursor), die auf der Sichtanzeige 3 zu sehen ist, nach oben, unten, links und rechts verschieben zu können, eine Menütaste 7, um eine Eingabebetriebsart auszuwählen, eine Starttaste 8 und eine Stoptaste 9, um den Arbeitsgang des Geräts zu steuern.
Fig. 3 zeigt ein Menü, als Beispiel für das im Anzeigenfeld 3 Darstellbare. Die Schreibmarke (Cursor) wird in Fig. 3 als auf der "1" flimmernd dargestellt.
Fig. 4 zeigt den Querschnitt eines ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten Geräts. Eine Arbeitseinheit des Geräts aus Fig. 4 umfaßt ungefähr eine abgebende Einheit, die auf der Vorderseite des Geräts vorgesehen ist. Eine die Wärmebehandlung durchführende Einheit und eine Einheit zum Halten der Proben sind durch eine Platte 10 unterteilt.
Das Gerät weist drei verschiebbar angebrachte Plattformen oder Tafeln auf, in der Reihenfolge von oben sind das eine erste oder Plattenplattform 11, eine dritte oder Spitzenplattform 12 und eine zweite oder Reagenzplattform 13. Eine Mikroplatte 14, mit einer Vielzahl von in Reihen angeordneten Vertiefungen 80, welche Probenbehältnisse darstellen, ist auf der Plattenplattform 11 angebracht.
Auf der Spitzenplattform 12 ist ein Spitzengestell 16, welches eine Vielzahl von Spitzen oder geöffneten konischen Elementen 15 enhält, und ein Spitzenabfallbehälter 17, um die gebrauchten Spitzen 15 aufzunehmen, angebracht.
Ein Reagenzgestell 19 mit einer Vielzahl von darauf vorgesehenen Reagenzienbehältnissen oder Flaschen 18 ist auf der Reagenzienplattform 13 angebracht und eine Reagenzientür 21 ist auf der Vorderseite der Reagenzienplattform 13 angebracht. Die Reagenzienbehältnisse 18 sind so angeordnet, daß sie von einem Thermoelement 23 gekühlt werden, welches zwischen einem Kühlgebläse 20 mit einem Ventilatorelement 20a und einer Kühleinrichtung 22, welche durch die Reagenzientür 21 abgeschlossen wird, angebracht ist. Die Plattenplattform 11, die Spitzenplattform 12 und die Reagenzienplattform 13 sind so angeordnet, daß sie zwischen der reagenzabgebenden Einheit und der wärmebehandelnden und probenenthaltenden Einheit des Geräts durch einen Gleitmechanismus, der in Fig. 4 nicht gezeigt ist, bewegt werden können. Um sicher zu gehen, daß die Platte 10 als perfekte Unterteilung wirkt, wenn die Plattenplattform 11 und die Spitzenplattform 12 in die die Wärmebehandlung durchführend und probenenthaltende Einheit geschoben werden, ist auf jeder eine verschließbare Tür 24 vorgesehen.
Eine obere Heizeinrichtung 25 und eine untere Heizeinrichtung 26 sind auf der die Wärmebehandlung durchführenden und probenenthaltenden Einheit in vertikal untereinanderliegenden Positionen vorgesehen, welche der Stellung der Ober- und Unterseite der Mikroplatte 14 entsprechen, wenn die Plattenplattform 11 sich am Ende ihres Arbeitsgangs befindet. Die obere Heizeinrichtung 25 und die untere Heizeinrichtung 26 sind auf einem Träger 28 angebracht, der vertikal um Unterstützungspunkte 27 bewegt werden kann.
Ein Nockenelement 30, welches auf einem Nockenantriebsmotor 29 vorgesehen ist, ist so angeordnet, daß es die obere Heizeinrichtung und die untere Heizeinrichtung 26 vertikal mit Hilfe der Träger 28 positioniert. Das Nockenelement 30 treibt entweder die obere Heizeinrichtung 25 oder die untere Heizeinrichtung 26 nur entsprechend seiner Winkelstellung an.
In der Reagenzien abgebenden Einheit ist ein Pipettiergerät 31 auf einer horizontalen Schachtführungsschiene 32 angebracht, um es horizontal in einer querliegenden Richtung gleitbar zu verschieben. Die horizontale Schachtführungsschiene 32 ist auf einer vertikalen Schachtführungsschiene 33 so angebracht, daß sie gleitbar in einer vertikalen Richtung verschoben werden kann.
Ein elektrisches System zur Steuerung der Antriebseinheit und der die Wärmebehandlung durchführenden Einheit des Geräts umfaßt eine Motorantriebseinheit 34, welche im oberen Bereich des Geräts angebracht ist, ein Netzteil 35 und eine Steuereinrichtung 36, welche im hinteren Bereich des Geräts angebracht sind und eine temperaturregelnde Einheit 37, die am Boden des Geräts angebracht ist.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm des Antriebssystems. Die Plattenplattform 11, die Spitzenplattform 12 und die Reagenzienplattform 13 sind so angeordnet, daß sie jeweils durch einen Plattenplattformmotor 38, einen Spitzenplattformmmotor 39 und einen Reagenzienplattformmotor 40 mittels eines jeweiligen Einstellriemens 43, welcher durch eine Motorriemenscheibe 41 und eine Umlenkrolle 42 geführt wird, verschiebbar sind. Mit einer auf jedem Einstellriemen 43 angebrachten das Licht abhaltenden Platte oder Abdunkelplatte 44 kann ein Startpunkt oder Ursprung und ein Überlastungspunkt erfaßt werden, indem verhindert wird, daß Licht jeweils ein Ursprungserfassungsgerät 45 und ein Endpunkterfassungsgerät 46, welche auf unterbrochenen Lichtstrom reagierende Lichterfassungsgeräte sind, erreicht.
Das Pipettiergerät 31 wird von einem Pipettiermotor 47 angetrieben, um Flüssigkeit auf zusaugen und zu entladen, und wird durch einen horizontalen Schachtmotor 48 auf der horizontalen Schachtführungsschiene gleitend bewegt. Die horizontale Schachtführungsschiene 32 wird entlang der vertikalen Schachtführungsschiene 33 durch einen vertikalen Schachtmotor 49 gleitend bewegt.
Der Nockenantriebsmotor 29, der Plattenplattformmotor 38, der Spitzenplattformmotor 39, der Reagenzienplattformmotor 40, der Pipettiermotor 47, der horizontale Schachtmotor 48 und der vertikale Schachtmotor 49 werden durch die Antriebs- oder Motorantriebseinheit 34 entsprechend der vom Steuergerät 36 kommenden Signale angetrieben. Jedes von einem Erfassungsgerät kommende Signal wird zur Verarbeitung in das Steuergerät 36 eingegeben.
Fig. 6 ist eine Schnittzeichnung eines Pipettiergeräts, welches in einem der Erfindung entsprechendem Gerät verwendet werden kann. Das Pipettiergerät umfaßt eine bewegliche Trägereinheit 50, welche zur horizontalen, gleitenden Bewegung auf der horizontalen Schachtführungsschiene 32 gleitbar angebracht ist, und auf einer anderen Seite eine sich in vertikaler Richtung ausdehnende Führungsschiene 51 aufweist,
ein Pipettiergestell 52, welches zur vertikalen Bewegung auf der Führungsschiene 51 gleitbar angebracht ist,
eine auf dem Pipettiergestell 52 befestigte Nadelführung 53 zum die Reibung ausnutzenden Festhalten einer Spitze 15,
eine Nadel 54, welche mit der Nadelführung 53 und der darauf gehaltenen Spitze 15 zusammen eine Spritze bildet,
einen O-Ring 55 um den Raum zwischen dem Pipettiergestell 52 und der Nadel 54 abzudichten,
eine Platte 56 um den O-Ring 55 festzuhalten,
ein bewegliches Gestell oder Stützglied 57, um die Nadel 54 bezüglich der Spitze axial zu bewegen, wobei das bewegliche Gestell 57 ein Innenschraubgewinde aufweist,
eine sich in vertikaler Richtung ausdehnende Führungsschiene 58, welche auf dem Pipettiergestell 52 befestigt ist, um die vertikale, gleitende Bewegung des beweglichen Gestells 57 zu führen,
eine Förderschraube 59, um in Eingriff mit dem Innenschraubgewinde des beweglichen Gestells 57 stehend dem beweglichen Gestell 57 einen vertikalen Vorschub zu erteilen,
den Pipettiermotor 47, welcher zum Drehen der Förderschraube 59 auf dem Pipettiergestell 52 befestigt ist,
eine Kupplung 61, um das Drehmoment des Pipettiermotors 47 auf die Förderschraube 59 zu übertragen,
eine erste Sensorplatte 62, die auf dem Pipetiergestell 52 befestigt ist und erfassen soll ob die Nadelführung 53 in Kontakt mit einer Spitze 15 oder dem Boden eines Reagenzienbehälters 18 gekommen ist, wobei die erste Sensorplatte 62 mit einer ersten Lichterfassungsvorrichtung 63, welche auf der beweglichen Trägereinheit 50 vorgesehen ist, zusammenwirkt,
eine auf der beweglichen Trägereinheit 50 befestigte Überdruck erzeugende Vorrichtung 64 um die bewegliche Trägereinheit 50 zu verschieben, wobei die Überdruck erzeugende Vorrichtung 64 einen Stift 65 zur Berührung des Pipettiergestells 52 und eine Feder 66, welche auf den Stift 65 drückt, aufweist,
und eine zweite Sensorplatte 67, die auf dem Pipettiergestell 52 befestigt ist, und erfassen soll, ob das Pipettiergestell 52 um ein vorherbestimmtes Ausmaß verschoben wurde, wobei die zweite Sensorplatte 67 mit einer zweiten Lichterfassungsvorrichtung 68, welche auf der beweglichen Trägereinheit 50 befestigt ist, zusammenwirkt.
Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Pipettiergerät 31 und dem Spitzengestell 16 zum Zeitpunkt des Aufschiebens einer Spitze 15 auf die Nadelführung 53. Zuerst wird der horizontale Schachtmotor 48 (Fig. 5) so angetrieben, daß die Nadelführung 53 des Pipettiergeräts 31 in eine Position über einer Spitze 15 gebracht wird. Anschließend wird der vertikale Schachtmotor 49 (Fig. 5) so angetrieben, daß das Pipettiergerät 31 solange abwärts bewegt wird, bis die zweite Sensorplatte 67 das Licht daran hindert auf die zweite Lichterfassungsvorrichtung 68 zu fallen. Das Pipettiergerät 31 wird dann weiter nach unten geschoben, nachdem die Nadelführung 53 auf die Spitze 15 aufgeschoben ist, und kommt mit ihr in Kontakt.
Das Pipettiergestell 52 wird dann relativ zur beweglichen Trägereinheit 50 gleitend nach oben bewegt, und die erste Sensorplatte 62 wird von der ersten Lichterfassungsvorrichtung 63 wegbewegt. Dadurch wird die erste Lichterfassungsvorrichtung 63 in Gang gesetzt, um den Kontakt der Spitze 15 mit der Nadelführung 53 zu erfassen.
Wenn das Pipettiergerät 31 danach abwärts bewegt wird, wird durch die Überdruck erzeugende Vorrichtung 64 ein Druck ausgeübt. Falls das Pipettiergerät 31 kontinuierlich abwärts bewegt wird, wird die Spitze 15 dadurch bei einem Druck aufgeschoben, der der seit der Kontaktnahme mit der Nadelführung 53 nach unten zurückgelegten Wegstrecke proportional ist.
Wenn ein willkürlicher Druck erreicht wird, d.h. wenn das Pipettiergerät 31 eine vorherbestimmte Entfernung (A) nach unten zurückgelegt hat, hindert die zweite Sensorplatte 67 das Licht daran, auf die zweite Lichterfassungsvorrichtung 68 zu fallen, und erfaßt dadurch das Aufschieben der Spitze 15 bei einem vorherbestimmten Druck. Dadurch stoppt der vertikale Schachtmotor 49. Wenn das Aufschieben der Spitze 15 beendet ist, dreht sich der vertikale Schachtmotor 49 so, daß das Pipettiergerät 31 nach oben bewegt wird, womit der Arbeitsvorgang des Spitzenaufschiebens beendet ist.
Gemäß diesem Arbeitsvorgang kann das Ausmaß des Aufschiebens der Nadelführung 53 auf die Spitze 15 einheitlich gehalten werden, unabhängig von Schwankungen in der Spitzengröße. Darüberhinaus wird niemals eine übermäßige Last auf das Pipettiergerät 31 und den Motor 49 ausgeübt.
Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen dem Pipettiergerät 31 und dem Reagenzienbehälter 18, wenn die Spitze 15 in den Reagenzienbehälter 18 eingeführt ist.
Zuerst wird der horizontale Schachtmotor 48 (Fig. 5) so angetrieben, daß die Spitze 15 in eine Position über dem Reagenzienbehälter 18 gebracht wird. Anschließend wird der vertikale Schachtmotor 49 (Fig. 5) so angetrieben, daß das Pipettiergerät 31 solange abwärts bewegt wird, bis die erste Lichterfassungsvorrichtung 63 den Kontakt der Spitze 15 mit dem Boden des Reagenzienbehälters 18 erfaßt. Gleichzeitig mit dem Stoppen des vertikalen Schachtmotors 49, welches eine Folge dieser Erfassung ist, wird der Pipettiermotor 47 des Pipettiergeräts 31 um einen vorherbestimmten Betrag von oben gesehen in Uhrzeigerrichtung gedreht. Dadurch wird die Nadel 54 um einen vorherbestimmten Betrag nach oben bewegt. Folgerichtig wird der Druck im Raum der Spitze 15 kleiner als der Luftdruck und eine vorherbestimmte Menge der Reagenz des Behälters 18 wird aus diesem in die Spitze 15 gesaugt. Wenn das Aufsaugen beendet ist, wird der vertikale Schachtmotor 49 so angetrieben, daß das Pipettiergerät 31 nach oben bewegt wird und der Arbeitsvorgang des Aufsaugens endet.
Beim Arbeitsvorgang des Entladens der Reagenz wird die Bewegung der Nadel 54 im Bezug zum soeben beschriebenen Aufsaugarbeitsvorgang lediglich umgekehrt und wird deshalb nicht näher erläutert.
Als nächstes wird im Detail ein Mechanismus beschrieben um einen Kontakt der Spitze 15 mit einem Behälter 18 zu beschreiben. Das Pipettiergestell 52 und die Führungsschiene 51 stehen so im Kontakt miteinander, daß das Pipettiergestell 52 vertikal verschiebbar ist. In der in Fig. 6 gezeigten Anordnung der Teile steht das Pipettiergestell 52 unter der Wirkung der Schwerkraft mit einem Vorsprung 50a der beweglichen Trägereinheit 50 in Kontakt. Die erste Lichterfassungsvorrichtung 63 auf der beweglichen Trägereinheit 50 kann unterscheiden, ob sich ein Gegenstand zwischen einem lichtaussendenden Teil und einem lichtempfangenden Teil der Lichterfassungsvorrichtung 63 befindet oder nicht. Die erste Sensorplatte 62, die auf dem Pipettiergestell 52 befestigt ist, blockiert dabei einen Spalt zwischen dem lichtaussendenden Teil und dem lichtempfangenden Teil der ersten Lichterfassungsvorrichtung 63. Wenn dann das Vorderteil der Spitze 15 in direkten Kontakt mit dem Reagenzienbehälter 18 kommt, kann das Pipettiergestell 52 nicht abwärts bewegt werden. Da jedoch das Pipettiergestell 52 bezüglich der beweglichen Trägereinheit 50 verschiebbar ist, bewegt sich die bewegliche Trägereinheit 50 weiter abwärts bis der vertikale Schachtmotor 49, der die bewegliche Trägereinheit 50 bewegt, stoppt. Dann sind das Pipettiergestell 52 und die bewegliche Trägereinheit 50 wie in Fig. 8 gezeigt gegeneinander um eine Strecke B verschoben. Dadurch kann im Hinblick auf ihre Position eine Veränderung der Beziehung zwischen erster Sensorplatte 62 und nebeneinanderliegender erster Lichterfassungsvorrichtung 63 hervorgerufen werden. Dann wird sich die Sensorplatte 62 schließlich aus dem Spalt zwischen der lichtaussendenden Einheit und der lichtempfangenden Einheit der ersten Lichterfassungsvorrichtung 63 herausbewegen. In diesem Fall wird die erste Lichterfassungsvorrichtung 63 einer nicht gezeigten Steuereinheit ein Signal übermitteln, und die Steuereinheit wird einen die Drehung stoppenden Befehl an den vertikalen Schachtmotor 49 aussenden. Dadurch stoppt der Motor 49, und das Vorderteil der Spitze 15 kann mit dem Bodenabschnitt des Reagenzienbehälter 18 unter einem Druck, der von dem Gewicht des Pipettiergestell 52 und anderer dazugehörender Teile bestimmt wird, in Kontakt kommen.
Fig. 9 zeigt zwei Betriebsarten von elektrischen Arbeitsvorgängen, welche jeweils von der im Hinblick auf ihre Position charakterisierten Beziehung zwischen der Sensorplatte 62 und der ersten Lichterfassungsvorrichtung 63 abhängen.
Ein Lumineszenzdiode 69 und ein Phototransistor 70, die in Fig. 9 gezeigt sind, entsprechen der ersten Lichterfassungsvorrichtung 63 von Fig. 6. Wenn der Spalt zwischen der Lumineszenzdiode 69 und dem Phototransistor 70 durch die Platte 62 blockiert ist, kann zwischen Kollektor und Emitter des Phototransistors 70 kein Strom fließen. Vcc ist eine Eingangsspannung eines UND-Gliedes 71 mit zwei Eingängen, und ein Motorantriebsimpulssignal erscheint direkt auf dem Ausgang. Das Motorantriebsimpulssignal treibt den Motor 49 mit Hilfe eines Motortreibers 72 an. Wenn sich kein Gegenstand zwischen der Lumineszenzdiode 69 und dem Photottransistor 70 befindet, fließt zwischen Kollektor und Emitter des Phototransistors 70 ein Strom und eine Eingangsspannung des UND-Gliedes 71 liegt auf Massepotential. Deshalb tritt unabhängig von der anderen Eingangsspannung auf dem Ausgang ein Gleichstrom auf, und deshalb wird das Antriebssignal nicht in den Motor 49 eingegeben. Wie erläutert wird die Tätigkeit des Motors 49 dadurch gesteuert, ob sich ein Gegenstandes im Spalt zwischen Lumineszenzdiode 69 und dem Phototransistor 70 befindet oder nicht.
Die im Hinblick auf ihre Position charakterisierte Beziehung zwischen dem Vorderteil der Spitze 15 und dem Reagenzienbehälter 18 kann einheitlich gehalten werden, unabhängig von der Gestalt des Reagenzienbehälters und irgendeines Fehlers der Form des Pipettiergeräts. Darüberhinaus kann der Kontakt zwischen der Spitze 15 und dem den Reagenzienbehälter 18 darstellenden Reagenzglas so sein, daß das Einmischen von Flüssigkeit verhindert wird, wodurch ein präzises Aufsaugen und Entladen sichergestellt wird.
In den Fig. 10 und 11 wird die obere Heizeinrichtung 25 gezeigt, wobei sie ein oberes Heizelement oder obere Platte 74, welche fest auf der oberen Oberfläche einer oberen Heiz- oder Wärmespeicherplatte 73 angebracht ist, aufweist. Das obere Heizelement 74 ist von einem darüberliegenden Isoliermaterial 75 bedeckt, und die obere Heizplatte 73 weist auf ihrer unteren Oberfläche eine elastische und leitfähige Platte 76, z.B. aus leitfähigem Gummi, auf.
Die untere Heizeinrichtung 26 umfaßt ein unteres Heizelement oder untere Platte 78, welche fest auf der unteren Oberfläche einer unteren Heiz- oder Wärmespeicherplatte 77 angebracht ist. Das untere Heizelement 78 ist von einem darunterliegenden Isoliermaterial 79 bedeckt.
Fig. 10 zeigt den Zustand, in dem sich die Mikroplatte 14 zwischen der oberen Heizeinrichtung 25 und der unteren Heizeinrichtung 26 befindet, um beheizt zu werden. Da die obere Heizeinrichtung 25 und die untere Heizeinrichtung 26 so gesteuert werden, daß sie die gleiche, festgesetzte Temperatur aufweisen, kann in diesem Fall ein vertikaler Temperaturgradient zwischen den beiden Heizeinrichtungen minimiert und die Präzision und die Genauigkeit der Temperaturregelung einer Flüssigkeit in der Mikroplatte 14 verbessert werden. Darüberhinaus sind die Vertiefungen oder Schächte 80 in der Mikroplatte 14 durch die elastische Platte 76 so bedeckt, daß die Oberseite der Mikroplatte 14 abgedichtet ist, wodurch der Druck in den Schächten 80 ansteigt und eine Verflüchtigung der Flüssigkeit 81 in den Schächten 80 vermindert werden kann.
Fig. 11 zeigt den Zustand in dem die untere Heizeinrichtung 26 von der unteren Oberfläche der Mikroplatte 14 entfernt ist, um diese zu kühlen, während die obere Oberfläche der Mikroplatte 14 gegen die obere Heizplatte 25 angedrückt bleibt. Die Kühlung, die in dem in Fig. 11 gezeigten Zustand bewirkt wird, erfolgt aus einem Zustand, in welchem die obere Heizeinrichtung 25, die Mikroplatte 14 und die untere Heizeinrichtung 26 beinahe auf die gleiche Temperatur aufgeheizt sind. Dementsprechend ist die Abkühlgeschwindigkeit der Flüssigkeit 81 in der Mikroplatte 14 größer als die Abkühlgeschwindigkeit der oberen Heizeinrichtung 25. Deshalb kann die im Hohlraum des Schachts 80 verdampfte Flüssigkeit gekühlt werden ohne sich auf der unteren Oberfläche der oberen Heizplatte 25 niederzuschlagen. Der Nockenantriebsmotor 29 stellt einen Mechanismus dar, um die gegenseitige Lage von oberer Heizeinrichtung 25, Mikroplatte 14 und unterer Heizeinrichtung 26 zu steuern.
Die in den Fig. 10 und 11 gezeigte Ausführungsform verbessert die Präzision und die Genauigkeit der Temperaturregelung der Mikroplatte 14, wenn sich diese zwischen der oberen Heizeinrichtung 25 und der unteren Heizeinrichtung 26 befindet und beheizt wird, und minimiert den Flüssigkeitsverlust in der Mikroplatte 14, nachdem die Beheizung vorüber, und die untere Heizeinrichtung 26 von der unteren Oberfläche der Mikroplatte 14 zur Kühlung entfernt ist.
Fig. 12 zeigt den Abeitsgang des Geräts von Fig. 4. Das in Fig. 12 gezeigte Beispiel betrifft ein Enzymreaktionsverfahren zur Analyse einer DNS-Basensequenz nach der Methode von Sanger et al (Sanger, F., Nicklen, S. und Coulson A.R., "DNA sequencing with chain terminating inhibitors." Proc.Nat.Acad.Sci. USA 74, 5463-5467 (1977)). Das Verfahren beginnt mit dem Eingeben der Proben in die Vertiefungen 80 der Mikroplatte 14 auf der Plattenplattform 11. Die Spitzenplattform 12 öffnet die Tür 24, um den Abgabeteil des Geräts zu verlassen. Als nächstes bewegt sich das Pipettiergerät 31 entlang der vertikalen Schachtführungsschiene 33 nach unten, und die Spitze 15 wird angebracht. Das Pipettiergerät 31 wird angehoben und die Spitzenplattform 12 in ihrer Position gehalten, Die Reagenzienplattform 13 wird gleitend zum Abgabeteil des Geräts bewegt, und das Pipettiergerät 31 wird nach unten bewegt, um eine Pufferlösung im Reagenzienbehälter 18 aufzusaugen. Dann wird das Pipettiergerät 31 angehoben, die Reagenzienplattform 13 in ihrer Position gehalten und die Plattenplattform 11 herausgezogen. Dann wird das Pipettiergerät 31 solange nach unten bewegt, bis es mit dem Boden einer Vertiefung 80 der Mikroplatte 14 in Kontakt kommt. Der Pipettiermotor 47 wird so angetrieben, daß er das Pipettiergerät 31 langsam anhebt, und dadurch eine sehr kleine Flüssigkeitsmenge sukzessiv in die Vertiefungen 80 der Mikroplatte 14 entlädt. Die Plattenplattform 11 wird in ihrer Position gehalten, die Spitzenplattform 12 herausgezogen, die Spitze auf dem Vorsprung des Pipettiergerät 31 wird vom Spitzenabfallbehälter 17 erfaßt und wird dadurch in den Spitzenabfallbehälter 17 entladen. Durch einen ähnlichen Arbeitsgang wird eine Starterlösung in die Vertiefungen der Mikroplatte abgegeben.
Als nächstes wird die Plattenplattform 11 in ihrer Position gehalten, und die obere Heizeinrichtung 25 und die untere Heizeinrichtung 26 werden durch den Nockenantriebsmotor 29 so angetrieben, daß die Mikroplatte 14 mittels des Nockenelements 30 und des Arms 28 in vertikaler Hinsicht zwischen die obere Heizeinrichtung 25 und die untere Heizeinrichtung 26 gerät, um die Mikroplatte 14 einer Wärmebehandlung unterziehen zu können.
Nachdem die Wärmebehandlung während einer vorbestimmten Zeit angewandt wurde, z.B. während 15 Minuten bei 60º C, wird das Nockenelement 30 gedreht, um die Mikroplatte 14 von der oberen Heizeinrichtung 25 und der unteren Heizeinrichtung 26 zu lösen, worauf der nächste Arbeitsschritt erfolgt. Arbeitsschritte um ein Isotop, ein synthetisierendes Enzym und eine Mischung von Monomeren auszugeben, werden ähnlich ausgeführt, und ein Beheizen wird bewirkt, z.B. während 15 Minuten bei 37ºC, um eine Enzymreaktion zu erzeugen. Danach werden eine sogenannte Chase-Mixtur, und eine Farbstofflösung abgegeben und ein Beheizen, z.B. bei 90ºC während 3 Minuten, bewirkt.
Das auf diese Weise erhaltene Produkt wird einer Elektrophorese unterzogen und danach analysiert.
Eine Reagenz wie z.B. ein Enzym, welche gegenüber Hitze unbeständig ist, kann auf diese Weise für eine lange Zeitdauer gespeichert werden, wobei auch die für die Reaktion eines solchen Enzyms oder einer ähnlichen Reagenz notwendige Temperaturumgebung erzeugt werden kann. Da der Platzbedarf des Geräts sehr klein ist, wird seine Einrichtung auf einer Arbeitsfläche sonstige andere Arbeiten auf dieser Arbeitsfläche nicht behindern.

Claims

1. Gerät zur Durchführung einer Flüssigkeitsreaktion, umfassend:

verschiebbar angebrachte Mittel (11,13), um einen oder mehrere Probenbehälter (80) und einen oder mehrere Reagenzienbehälter (18) zu tragen,

eine Pipettiereinrichtung (53,54), um eine Reagenz aus einem Reagenzienbehälter (18) zu saugen und um die Reagenz in einen Probenbehälter (80) zu entladen,

Mittel (38,40), um die verschiebbar angebrachten Mittel (11,13) aus und in Stellungen, in denen die Pipettiereinrichtung (53,54) vertikal mit einem Probenbehälter (80) bzw. Reagenzienbehälter (18) ausgerichtet ist, horizontal zu verschieben, und

Mittel (49;50,52), um die Pipettiereinrichtung (53,54) aus einer oder mehreren Stellungen in eine oder mehrere Stellungen, in der eine Reaganz aus einem Reagenzienbehälter (18) gesaugt und in einen Probenbehälter (80) entladen werden kann, vertikal zu verschieben, dadurch gekennzeichnet, daß

die verschiebbar angebrachten Mittel (11,13) getrennte, verschiebbar angebrachte erste und zweite Plattformen (11,13) zum Tragen des Probenbehälters (80) oder der Probenbehälter (80) bzw. zum Tragen des Reagenzbehälters (18) oder der Reagenzienbehälter (18) aufweisen,

und daß eine Heizeinrichtung (25,26) zum Heizen eines von der ersten Plattform (11) getragenen Probenbehälters (80) vorgesehen ist, welche eine obere Heizplatte (74) zum Beheizen einer oberen Oberfläche eines Probenbehälters (80), eine untere Heizplatte (78) zum Beheizen einer unteren Oberfläche eines Probenbehälters (80) und eine Steuereinrichtung aufweist, um die oberen und die unteren Heizplatten (74,78) in wärmeleitendem Kontakt mit den oberen und unteren Oberflächen des Probenbehälters (80) zu belassen und um die untere Heizplatte (78) vom Probenbehälter (80) zu entfernen, während die obere Heizplatte (74) in wärmeleitendem Kontakt mit dem Probenbehälter belassen wird.

2. Gerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (25,26) erste Kontaktanordnungen (73,76) zum Herstellen eines wärmeleitenden Kontakts zwischen der oberen Heizplatte (74) und der oberen Oberfläche des Probenbehälters (80) und zweite Kontaktanordnungen (77) zur Herstellung eines wärmeleitenden Kontakts zwischen der unteren Heizplatte (78) und der unteren Oberfläche des Probenbehälters (80) umfasst.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühleinrichtung (20-22) vorgesehen ist, um den oder die Reagenzienbehälter (18) zu kühlen.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Pipettiereinrichtung (53,54) von einem Rahmen (52) getragen werden kann, der zur vertikalen, gleitenden Bewegung auf einem horizontal beweglichen Basisgestell (50) angebracht ist, wobei Mittel (49,48) vorgesehen sind, um die vertikale Bewegung des Rahmens (52) und die horizontale Bewegung des Basisgestells (50) zu bewirken.

5. Gerät nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Pipettiereinrichtung (53,54) eine vom Rahmen (52) getragene Nadelführung (53) und eine Nadel (54), die verschiebbar in der Nadelführung (53) gelagert ist und von einem Stützglied (57) getragen wird, vorsieht, wobei das Stützglied (57) zur vertikalen gleitenden Bewegung auf dem Rahmen (52) angebracht ist, und Nittel (47,59), die diese vertikale gleitende Bewegung bewirken, vorgesehen sind.

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß Erfassungseinrichtungen (62,63,67,68) vorgesehen sind, um die vertikale Position des Rahmens (52) zu erfassen und um ein Erfassungssignal an eine Steuereinrichtung (36) zu senden, um die Bewegung des Rahmens (52) zu stoppen.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß

eine dritte verschiebbare Plattform (12) , zum Tragen wenigstens eines konischen Elements (15), welches auf der Pipettiereinrichtung (53,54) angebracht werden kann, und

Mittel (39), welche die dritte Plattform (12) horizontal in und aus einer Position verschieben, in der ein konisches Element (15) in vertikaler Anordnung mit der Pipettiereinrichtung (53,54) ist,

vorgesehen sind.