DE60018386T2 - Station zur nukleinsäurevervielfältigung für wegwerftestträger - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft den Bereich von Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung von Nucleinsäureamplifizierungsreaktionen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine automatisierte Vorrichtung zur Durchführung von Nucleinsäureamplifizierungsreaktionen.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Auf Nucleinsäure basierende Amplifizierungsreaktionen werden gegenwärtig weit verbreitet in Forschungs- und klinischen Labors zur Ermittlung von genetischen und infektiösen Krankheiten verwendet. Die derzeitigen bekannten Amplifizierungsschemen können allgemein in zwei Klassen eingruppiert werden, die darauf basieren, ob nach einem anfänglichen Denaturierungsschritt (typischerweise bei einer Temperatur von ≥ 65 Grad C ausgeführt) für DNA- bzw. DNS-Amplifizierungen oder für RNA- bzw. RNS-Amplifizierungen mit einer großen Menge an anfänglicher Sekundärstruktur die Reaktionen über ein kontinuierliches Pendeln der Temperatur zwischen der Denaturierungstemperatur und einer Primer-Annealing- und einer Amplicon-Synthese- (oder Polymerase-Aktivitäts-) Temperatur („Pendel- bzw. zyklische Reaktionen") voran getrieben werden, oder ob die Temperatur durch den enzymatischen Amplifizierungsprozeß („isotherme Reaktionen") hindurch konstant beibehalten wird. Typische zyklische Reaktionen sind die Polymerase- und Ligase-Kettenreaktion (jeweils PCR und LCR). Repräsentative isotherme Reaktionsschemen sind NASBA (auf Nucleinsäuresequenz basierende Amplifikation bzw. Amplifizierung), Transcription Mediated Amplification (TMA) und Strand Displacement Amplification (SDA). Nach dem anfänglichen Denaturierungsschritt (falls erforderlich) tritt bei den isothermen Reaktionen die Reaktion bei einer konstanten Temperatur auf, typischerweise eine niedrigere Temperatur, bei welcher die enzymatische Amplifizierungsreaktion optimiert ist.
  • Vor der Entdeckung von thermostabilen bzw. wärmebeständigen Enzymen waren Methodenlehren mit Verwendung von Temperaturzyklen bzw. -wechseln ernsthaft durch die Notwendigkeit behindert, frische Polymerase nach jedem Denaturierungszyklus in ein Amplifizierungsröhrchen einzugeben (in ein solches wie ein Teströhrchen bzw. Reagenzglas), da die für die Denaturierung erforderliche angehobene Temperatur die Polymerase während jedes Zyklus deaktivierte. Eine bedeutende Vereinfachung des PCR-Assayverfahrens wurde mit der der Entdeckung der thermostabilen Taq-Polymerase (von Thermophilus Aquaticus) erlangt. Diese Verbesserung beseitigte die Notwendigkeit für offene Amplifizierungsröhrchen nach jedem Amplifizierungsschritt, um frische Enzyme hinzuzufügen. Dieses führte zur Reduktion sowohl des Kontaminationsrisikos als auch der Kosten in Bezug auf die Enzyme. Die Einführung von thermostabilen Enzymen hat auch die relativ einfache Automatisierung der PCR-Technik ermöglicht. Weiterhin ermöglichten diese neuen Enzyme die Einführung von einfachen nach Gebrauch wegwerfbaren Vorrichtungen (solche wie einem Einmalröhrchen) zum Gebrauch mit einer Temperaturwechselausrüstung.
  • TMA erfordert die kombinierten Aktivitäten von mindestens zwei (2) Enzymen, für welche keine optimalen thermostabilen Varianten beschrieben worden sind. Für optimales Primer-Annealing bei der TMA-Reaktion wird ein anfänglicher Denaturierungsschritt (bei einer Temperatur von ≥ 65 Grad C) ausgeführt, um die Sekundärstruktur des Targets zu entfernen. Die Reaktionsmischung wird dann auf eine Temperatur von 42 Grad C zur Ermöglichung eines Primer-Annealing abgekühlt. Diese Temperatur ist ebenfalls die optimale Reaktionstemperatur für die kombinierten Aktivitäten von T7-RNA-Polymerase und reverser Transkriptase (RT), welche eine endogene RNase-H-Aktivität einschließt oder alternativ von einem anderen Reagens geliefert wird. Die Temperatur wird durch die folgende isotherme Amplifizierungsreaktion hindurch auf 42 Grad C gehalten. Der Denaturierungsschritt, welcher dem Amplifizierungszyklus vorangeht, zwingt den Benutzer jedoch dazu, Enzyme dem Reagenzglas nach der Abkühlungsphase hinzuzufügen, um eine Deaktivierung der Enzyme zu vermeiden. Daher muß der Denaturierungsschritt getrennt von dem Amplifizierungsschritt ausgeführt werden.
  • In Übereinstimmung mit der derzeitigen Praxis wird das Reagenzglas nach Hinzufügung des Test- oder Kontrollprobe oder beider zu der Amplifizierungsreagensmischung (welche typischerweise die Nucleotide und die Primer enthält) Temperaturen von ≥ 65 Grad C ausgesetzt und dann auf die Amplifizierungstemperatur von 42 Grad C abgekühlt. Das Enzym wird dann manuell zum Start der Amplifizierungsreaktion hinzugefügt. Dieser Schritt erfordert typischerweise das Öffnen des Amplifizierungsröhrchen. Das Öffnen des Amplifizierungsröhrchens zum Hinzufügen des Enzyms oder zum folgenden Hinzufügen eines Enzyms in eine offenes Röhrchen ist nicht nur störend bzw. nachteilig, es erhöht auch das Kontaminationsrisiko.
  • Ein alternativer Ansatz zur Amplifizierung einer DNA-Probe wird bei Corbett et al, US-Patent 5,270,183 beschrieben. Bei dieser Technik wird eine Reaktionsmischung in einen Strom von Trägerfluid injiziert. Das Trägerfluid durchläuft daraufhin eine Vielzahl von Temperaturzonen, in welchen die Polymerase-Kettenreaktionen stattfinden. Die Temperatur der unterschiedlichen Zonen und die verstrichene Zeit, die das Trägerfluid zur Durchquerung der Temperaturzonen benötigt, wird so gesteuert, daß drei Ereignisse stattfinden: Denaturierung der DNA-Stränge, Annealing von Oligonucleotid-Primers an komplementäre Sequenzen in der DNA und Synthese der neuen DNA-Stränge. Ein Röhrchen und zugehörige Temperaturzonen und Pumpvorrichtungen sind vorgesehen, um das '183iger Patentverfahren auszuführen.
  • US-A-5,270,183 offenbart eine Gerätschaft zur Ausführung des Prozesses, wobei die Gerätschaft Folgendes aufweist: ein Heizungssystem zur Bereitstellung von unterschiedlichen Temperaturen für die Reaktionskammern; eine Einrichtung zur Steuerung der Fluidströmung zwischen den Kammern; und eine Vakuum-Funktionseinheit zum Abziehen von Fluid zwischen den Kammern mittels spitzer Vakuumsonden.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein Nucleinsäureamplifizierungsreaktionssystem, welches das Kontaminationsrisiko im Wesentlichen eliminiert und einen günstigen, einfachen und leicht zu benutzenden Lösungsweg für Nucleinsäureamplifizierungsreaktionen schafft. Die Testvorrichtungen und die Amplifizierungsstation gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt die Integration des Denaturierungsschritts mit dem Amplifizierungsschritt ohne die Notwendigkeit für einen manuellen Enzymtransfer und ohne eine Exponierung der Amplifizierungskammer gegenüber der Umgebung. Die Kontaminationsrisiken von Probe- zu Probe-Kontamination innerhalb der Prozeßstation werden vermieden, da die Amplifizierungsreaktionskammer abgedichtet ist und nicht geöffnet wird, um die Patientenprobe dem Enzym zuzuführen. Eine Kontamination aus Umweltquellen wird vermieden, da die Amplifizierungsreaktionskammer abgedichtet bleibt. Das Kontaminationsrisiko bei Nucleinsäureamplifizierungsreaktionen ist insbesondere kritisch, da große Mengen des Amplifizierungsprodukts hergestellt werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In einem ersten Aspekt ist eine Station zur Durchführung einer Nucleinsäureamplifizierungsreaktion vorgesehen, welche in einer einheitlichen Einweg-Testvorrichtung durchgeführt wird. Die Einweg-Testvorrichtung weist eine erste Reaktionskammer mit einem ersten Nucleinsäureamplifizierungsreagens (solche wie Primer und Nucleotide) und eine zweite Reaktionskammer auf, die entweder ein zweites Nucleinsäureamplifizierungsreagens enthält oder damit in fluider Verbindung steht (zum Beispiel ein Amplifizierungsenzym wie RT).
  • Die Station beinhaltet einen Halteraufbau zur Aufnahme des Testgeräts. In der dargestellten Ausführungsform weist der Halteraufbau eine Gruppe von erhabenen Rippen bzw. Stegen auf, welche eine Einweg-Testleiste mit den Reaktionskammern aufnehmen. Die Station weist weiterhin ein Temperaturregelungssystem für das Testgerät auf. Das Temperaturregelungssystem hält die erste Reaktionskammer auf einer ersten erhöhten Temperatur, wobei in der ersten Reaktionskammer eine Reaktion zwischen einer Fluidprobe oder Target und dem ersten Amplifizierungsreagens stattfindet. Jedoch hält das Temperaturregelungssystem gleichzeitig das zweite Nucleinsäureamplifizierungsreagens so auf einer zweiten Temperatur, die niedriger als die erste Temperatur ist, daß das zweite Nucleinsäureamplifizierungsreagens erhalten bleibt. In der dargestellten Ausführungsform weist das Temperaturregelungssystem ein Paar thermoelektrischer Elemente auf, die mit dem Halteraufbau gekoppelt sind.
  • Die Station weist außerdem eine Betätigungseinrichtung auf, die auf das Testgerät einwirkt, um die erste und die zweite Reaktionskammer in fluide Verbindung miteinander zu bringen. Die erste und die zweite Reaktionskammer sind normalerweise voneinander durch ein geschlossenes Ventil in einer Verbindungsleitung isoliert, welche die erste und die zweite Reaktionskammer zusammen verbindet. Die Betätigungseinrichtung wird an dem Testgerät wirksam, nachdem eine Reaktion in der ersten Reaktionskammer bei der ersten Temperatur stattgefunden hat. Ein zweiter Teil der Nucleinsäureamplifizierungsreaktion, zum Beispiel eine Amplifizierung von Target-RNA- oder DNA-Sequenzen in der Probe, findet in der zweiten Kammer mit dem zweiten Nucleinsäureamplifizierungsreagens statt. Das zweite Nucleinsäureamplifizierungsreagens ist konserviert bzw. erhalten auf Grund dessen, daß das Reagens auf der zweiten (zum Beispiel niedrigeren) Temperatur gehalten wird, während die Reaktion in der ersten Kammer bei der ersten (zum Beispiel höheren) Temperatur ausgeführt wird.
  • Wie hierin beschrieben, kann die Amplifizierungsstation zur gleichzeitigen Verarbeitung einer großen Menge von Testvorrichtungen ausgelegt sein. In dieser Ausführungsform sind der Halteraufbau, das Temperaturregelungssystem und Betätiger so konstruiert, daß sie gleichzeitig auf alle die Testgeräte bzw. vorrichtungen einwirken.
  • Nach der Reaktion zwischen der Fluidprobe und den Reagenzien in der ersten Reaktionskammer wird die Reaktionslösung in die zweite Reaktionskammer geleitet. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung arbeitet der Halteraufbau mit einem Vakuumgehäuse, das auf den Halteraufbau abgesenkt wird, um eine Vakuumumhüllung bzw. einen Vakuumeinschluß um die Testgeräte bzw. -vorrichtungen zu bilden. Ein Vakuum wird in der Vakuumumhüllung erzeugt. Wenn das Vakuum ausgelöst ist, bewirkt ein Druckgradient zwischen der ersten und der zweiten Reaktionskammer, daß die Reaktionslösung zwischen der ersten und der zweiten Reaktionskammer fließt.
  • Die Gerätschaft gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
  • So ist in einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung eine Amplifizierungsstation zur Ausführung einer Vielzahl von Nucleinsäureamplifizierungsreaktionen in einer Vielzahl von Testvorrichtungen vorgesehen. Die Amplifizierungsstation weist Folgendes auf einen zur Aufnahme einer Vielzahl von Testgeräten bzw. -vorrichtungen angepaßten Halteraufbau und ein Temperaturregelungssystem für die Testvorrichtungen; eine Betätigungseinrichtung und ein Pneumatiksystem. Das Temperaturregelungssystem behält die Temperatur der Testvorrichtungen gemäß einem Sollprofil (oder Sollprofilen) für die Nucleinsäureamplifizierungsreaktion bei. Die Betätigungseinrichtung wirkt auf jede der Testvorrichtungen ein, um eine Fluidleitung in den Testvorrichtungen zu öffnen und um es dadurch einer Reaktionslösung zu ermöglichen, von einem ersten Ort in der Testvorrichtung (zum Beispiel eine erste Reaktionskammer) zu einem zweiten Ort in der Testvorrichtung (zum Beispiel eine zweite Reaktionskammer mit einem Amplifizierungsenzym) zu fließen. Das Pneumatiksystem wirkt auf die Testvorrichtungen ein, um eine Reaktionslösung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort zu ziehen bzw. saugen, nachdem die Betätigungseinrichtung auf die Testvorrichtungen eingewirkt hat, um den ersten und den zweiten Teil bzw. Abschnitt in fluide Verbindung miteinander zu bringen.
  • In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Amplifizierungsstation ein mechanisches Bewegungssystem, welches die Testvorrichtungen bewegt, um dadurch eine Vermischung der Reaktionslösung und der Reagenzien in der ersten und der zweiten Reaktionskammer zu beschleunigen.
  • Der Formfaktor der in der Amplifizierungsstation verarbeiteten Testvorrichtungen wird nicht als kritisch betrachtet. In der dargestellten Ausführungsform weist die Testvorrichtung die Gestalt einer Testleiste auf, der mit einem derzeitig verfügbaren analytischen Erfassungsgerät für übertragene Fluide kompatibel ist, nämlich das von dem Anmelder der vorliegenden Erfindung, bioMérieux, Inc., hergestellte und vertriebene Gerät VIDAS®. Auf diese Weise ermöglicht es das Vorsehen von Testvorrichtungen mit einer Größe und einem Formfaktor, die bei einer bestehenden oder ausgewählten Gerätegrundlage leicht zur Verwendung kommen bzw. einsatzbereit sind, daß die Testvorrichtungen weithin kommerzialisierbar sind und mit einer reduzierten Kapitalausgabe verwendet werden, und daß kein neues Instrument zur Verarbeitung der Reaktion und Erfassung der resultierenden Amplicons entwickelt werden muß. Es wird jedoch aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, daß die Erfindung in anderen Konfigurationen und Formfaktoren von der hierin im Detail beschriebenen bevorzugten Ausführungsform angewendet werden kann.
  • Diese und viele weitere Ausführungen und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung leicht verständlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Eine vorliegende bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unten in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente in verschiedenen Ansichten verwendet werden, und wobei:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer Amplifizierungsreaktionsstation in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
  • 1A eine perspektivische Ansicht einer Testleiste und eines damit verbundenen Abdeckbauteils ist, welches mit der erfindungsgemäßen Amplifizierungsreaktionsstation nach 1 benutzt wird;
  • 2 eine weitere perspektivische Ansicht der Testleiste und des Abdeckbauteils nach 1A ist, wobei das Abdeckbauteil an der Testleiste angebracht und mit einem Abschnitt des Abdeckbauteils in einer erhöhten oder angehobenen Stellung gezeigt ist, die einen Zugriff auf die erste Reaktionskammer des Dualkammerreaktionsgefäßes darin ermöglicht;
  • 3 eine weitere perspektivische Ansicht der Testleiste nach 2 ist;
  • 4 eine von unten gezeigte getrennte perspektivische Ansicht des Abdeckbauteils der 2 bis 3 ist;
  • 4A eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Abdeckbauteils nach 4 ist, die einen von Hand betätigbaren Knopf zeigt, der zur Durchdringung der Filmmembran vorgesehen ist, die Kammer A der Testleiste nach 1 bedeckt;
  • 4B eine getrennte perspektivische Ansicht des Abdeckbauteils nach 4A von unten dargestellt ist, wobei eine hervorstehende Spitze gezeigt ist, welche die Membran durchdringt, wenn der Knopf von 4A gedrückt wird;
  • 5 eine Draufsicht der Testleiste nach 2 bis 3 ist;
  • 6 eine Querschnittsansicht der Testleiste nach 5 ist, die längs der Linien 6-6 nach 5 verläuft;
  • 7 eine Querschnittsansicht der Testleiste nach 5 ist, die längs der Linien 7-7 nach 5 verläuft;
  • 8 eine Seitenaufrißansicht der Testleiste nach 5 ist;
  • 9 eine detaillierte Seitenaufrißansicht des oberen Abschnitts der Testleiste in dem Bereich ist, der an dem zweiten Reaktionsgefäß anliegt, wobei die Merkmale der Seite der Testleiste dargestellt sind, die von den nachgiebigen Füßen des Abdeckbauteils sicher umgriffen werden, um das Abdeckbauteil an der Testleiste zu verriegeln;
  • 10 eine detaillierte Querschnittsansicht der Testleiste ist, die zum Teil abgeschnitten ist, wobei die in 9 gezeigten Verriegelungsmerkmale dargestellt sind;
  • 11 eine detaillierte Draufsicht der Oberseite der Testleiste nach 5 in dem Bereich der Verbindungsleitung ist, welche die erste Reaktionskammer mit der zweiten Reaktionskammer verbindet;
  • 12 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Testleiste nach 5 und 11 ist, die längs der Linien 12-12 von 13 verläuft, das heißt, entlang der Längsachse der Testleiste in dem Bereich der Verbindungsleitung, welche die erste Reaktionskammer mit der zweiten Reaktionskammer verbindet, wobei die Anordnung einer Kugel innerhalb der Verbindungsleitung dargestellt ist, welche als ein Ventil zum Verschluß der Verbindungsleitung fungiert;
  • 13 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Testleiste nach 5 ist, die entlang einer zu der Längsachse der Kapsel orthogonalen Richtung längs der Linien 13-13 von 11 und 12 verläuft;
  • 14 eine perspektivische Ansicht der in 5 gezeigten Art mit einem Gabelinstrument zur Verwendung zur Öffnung der Verbindungsleitung ist, wobei der Pfeil die relative Bewegung der Gabel in Bezug auf die Testleiste darstellt und wobei die Strichpunktlinien den Einsatz der Zinken der Gabel in die Testleiste zur Öffnung des Kugelventils in der Verbindungsleitung angeben;
  • 15 eine schematische Darstellung einer Vakuumstation ist, die Wärmesenken für die Testleiste aufweist und ein Gehäuse besitzt, das mit einem Halteraufhau zur Bildung einer Vakuumumhüllung um die Testleisten herum in Eingriff steht, wobei jede Testleiste mit einer Gabel zur Öffnung der Verbindungsleitung verbunden ist, wenn das Vakuumkammergehäuse nach unten verstellt wird und mit dem Halteraufbau in Eingriff kommt;
  • 16 eine Querschnittsansicht der Testleiste nach 5 ist, die in einer Richtung quer zur Längsachse der Testleiste in der Nachbarschaft der Verbindungsleitung verläuft, wobei die Einwirkung der Gabeln von 14 und 15 dargestellt ist, die darin besteht, den Werkstoff der Verbindungsleitung zu verformen und dadurch das Ventil zu öffnen;
  • 17 eine Querschnittsansicht der Testleiste nach 16 ist, welche die Verformung der Verbindungsleitung und den Durchfluß von Fluid durch die Verbindungsleitung zeigt;
  • 18 eine perspektivische Ansicht des Geräts nach 1 ist, wobei die obere Platte und die Seitenplatten abgenommen sind, um die Details der beiden Fächer und das Pneumatiksystem zu zeigen;
  • 19 eine perspektivische Ansicht des Geräts nach 1 und 18 von hinten gesehen ist;
  • 20 eine perspektivische Ansicht einer der Stationen in dem Gerät nach 1A ist, welche vom übrigen Gerät getrennt gezeigt ist, um deren mechanische Merkmale besser darzustellen;
  • 21 eine Aufrißansicht der Station nach 20 von ihrer hinteren Seite gesehen ist;
  • 22 eine Seitenaufrißansicht der Station nach 20 ist;
  • 23 eine weitere perspektivische Ansicht der Station nach 20 ist;
  • 24 eine weitere perspektivische Ansicht der Station nach 20 von unten und auf die Vorderseite der Station gesehen ist, wobei der Antriebsriemenmechanismus gezeigt ist, der das Anheben und Absenken des Vakuumumhüllungsgehäuses und die mechanische Bewegung der Testleisten steuert;
  • 25 eine Seitenaufrißansicht der Station nach 20 von der gegenüberliegenden Seite von 22 gesehen ist;
  • 26 eine Frontaufrißansicht der Station nach 20 ist;
  • 27 eine Draufsicht der Station nach 20 ist;
  • 28 eine vertikale Querschnittsansicht der Station nach 20 längs der Linien 28-28 der 25 und 27 ist;
  • 29A und 29B perspektivische Ansichten des Vakuumgehäuses der 10 bis 28 sind, das sich auf den Halteraufbau absenkt, der die Testleisten trägt, um eine Vakuumumhüllung um die Testleisten herum zu bilden;
  • 29C eine Querschnittsansicht des Vakuumgehäuses nach 29A ist;
  • 30A bis 30D verschiedene Ansichten der Betätigungseinrichtung nach 28 sind, die auf die Ventile in den Testleisten einwirkt, um es einer Reaktionslösung zu ermöglichen, von der ersten Kammer des Dualkammerreaktionsgefäßes, worin sie angeordnet ist, in die zweite Kammer zu fließen;
  • 31 eine zum Teil geschnitten dargestellte Seitenansicht eines Abschnitts des Vakuumgehäuses nach 29A und 29B ist, der in einer angehobenen Stellung relativ zu dem Halteraufbau steht, der die Testleisten hält;
  • 32A bis D verschiedene Ansichten einer optischen Sensoranordnung sind, die über dem Halteraufbau zum Zweck einer Erfassung angeordnet ist, ob der Benutzer eine Testleiste in jeden der Schlitze des Halteraufbaus eingebracht hat;
  • 33A, 33B und 33C verschiedene Ansichten des Halteraufbaus nach 20 sind, welcher die Testleisten in der Station hält;
  • 34 eine Bodenansicht des Halteraufbaus nach 33A ist, welche die Position von thermoelektrischen Elementen und Wärmesenken für die Testleisten zeigt, die das Dualkammerreaktionsgefäß auf der geeigneten Temperatur halten;
  • 35 eine schematische Darstellung des Betriebs der thermoelektrischen Elemente nach 34 ist;
  • 36 ein Querschnitt des Schalenhaltebauteils nach 33A längs der Linien 36-36 ist;
  • 37 ein Querschnitt des Schalenhaltebauteils nach 33A längs der Linien 37-37 von 34 ist, wobei die thermoelektrischen Elemente und die Wärmesenken dargestellt sind;
  • 38 eine detailliertere Querschnittsansicht des Halteraufbaus der rechten Seite nach 37 ist;
  • 39 eine weitere Querschnittsansicht des Halteraufbaus nach 33C längs der Linien 39-39 von 33C und 34 ist;
  • 40 eine perspektivische Ansicht des Überbaus der Station ist, wobei die meisten Teile davon entfernt sind, um das Antriebssystem der Station besser darzustellen;
  • 41A eine getrennte perspektivische Ansicht des horizontalen Halterbauteils und der Führungsschraubenbuchse nach 28 ist;
  • 41B eine Querschnittsansicht des Halterbauteils und der Buchse nach 41A ist;
  • 42 eine perspektivische Ansicht des Antriebssystems nach 40 von unten gesehen ist;
  • 43 eine Bodenansicht des in 40 und 42 gezeigten Antriebssystems ist;
  • 44 ein Querschnitt des Antriebssystems nach 40 ist;
  • 45 eine schematische Darstellung des elektrischen Systems für die Station nach 20 ist;
  • 46 eine schematische Darstellung des Pneumatiksystems für die Station nach 20 ist; und
  • 47 ein Diagramm und eine Tabelle sind, die einen repräsentativen thermischen Ablauf der Station nach 20 darstellen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • I. Allgemeiner Überblick
  • Es wird nun Bezug auf 1 genommen. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Geräts bzw. Instruments zur Steuerung von Nucleinsäurenamplifizierungsreaktionen in einer Einweg-Testvorrichtung bzw. in einem Einweg-Testgerät ist allgemein mit Bezugszeichen 1 bezeichnet. Eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Einweg-Testvorrichtung ist in 1A bis 17 gezeigt und hierin ausführlich erläutert. Eine oder mehrere Einweg-Testvorrichtungen, solche wie eins bis sechs oder sechs bis zwölf solcher Vorrichtungen nach 2, werden von Hand in das Gerät 1 eingesetzt und darin auf Halteraufbauten aufgebracht. Die Einweg-Testvorrichtungen enthalten Amplifizierungsreaktionskammern, Reagenzien und eine Probe für eine Nucleinsäureamplifizierungsreaktion.
  • Das Gerät 1 weist ein Amplifizierungsmodul 2 mit zwei Fächern 3 auf, die als Fach A und Fach B bezeichnet sind. Zusätzliche Module mit zusätzlichen Fächern können wie gewünscht hinzugefügt werden, um den Probendurchsatz zu erhöhen. Jedes Fach 3 dient als eine Öffnung für eine Amplifizierungsstation 200, die in dem Amplifizierungsmodul 2 angeordnet ist. Die Amplifizierungsstationen 200 werden in 20 und folgenden in größerem Detail dargestellt. Das Amplifizierungsmodul 200 weist mechanische, pneumatische, Temperatur- und elektrische Systeme auf, welche eine Nucleinsäureamplifizierungsreaktion steuern, die in der Einweg-Testvorrichtung nach 2 stattfindet. Diese Systeme werden unten ausführlich beschrieben.
  • Das Amplifizierungsmodul 200 ist über ein RS-232 Kabel 4 an ein Allzweckcomputersystem 5 angeschlossen, welches eine zentrale Verarbeitungseinheit 6 und ein Benutzerinterface 7 aufweist. Die CPU 6 wird mit einem Softwareprogramm geladen, welches es einem Techniker ermöglicht, den Betrieb der Station 1 über das Benutzerinterface 7 zu steuern. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die CPU in dem Modul 2 eingebracht. Bei einer weiteren Implementation mit größerer Leistungsfähigkeit können mehr als ein Amplifizierungsmodul 2 an das Computersystem 5 angeschlossen werden. Ein zusätzliches Amplifizierungsmodul mit drei Fächern (daraus ergeben sich insgesamt fünf Fächer) könnte an das Computersystem angeschlossen werden. Die Menüscreens bzw. Menüdarstellungen auf dem Benutzerinterface 7 ermöglichen es dem Bediener den Betrieb jedes Fachs in dem Modul 2 oder in irgendeinem Erweiterungsmodul, das hinzugefügt werden kann, zu steuern. Das beschriebene System ist vielseitig und kann auf Benutzeranforderungen für verschiedenartige Testsituationen angepaßt werden.
  • Nachdem die Nucleinsäureamplifizierungsreaktion in den in die Fächer 3 des Gerätes 1 eingesetzten Einweg-Testvorrichtungen durchgeführt worden ist, werden die Vorrichtungen von Hand aus dem Gerät 1 entfernt und zu einem anderen Gerät zur Hybridisierung der Amplifikationsprodukte auf eine oder mehrere Sonden übertragen, zum Beispiel eine Abtastsonde und eine Fangsonde, und wobei das Vorhandensein der Abtastsonde mit optischen Techniken erfaßt wird. Ein geeignetes Gerät zur Verarbeitung der Testleisten nach 1A ist das VIDAS®-Gerät von bioMérieux Inc.
  • Es ist zu verstehen, daß die Auswahl von nachfolgenden Analysegeräten zur Verarbeitung der Testvorrichtung von der Konstruktion und dem Formfaktor der Testvorrichtung abhängt. Die vorliegenden erfindungsgemäßen Prinzipien der Amplifizierungsstation sind auf andere Formfaktoren anwendbar, und somit ist die Erfindung nicht auf irgendeinen besonderen Typ von Testvorrichtung oder Analysegerät eingeschränkt.
  • Die detaillierte Beschreibung der Konstruktion der Amplifizierungsstationen 200 in dem Gerät 1 nach 1 wird leichter verständlich, wenn der Leser schon mit der Konstruktion der Testvorrichtung, die von solchen Stationen benutzt wird, und mit deren Betriebstheorie vertraut ist. Deshalb wird der nächste Abschnitt dieses Dokuments als eine detaillierte Beschreibung der Einweg-Testvorrichtung nach 1A fortgesetzt, die von dem Gerät 1 bearbeitet wird. Die betrieblichen Merkmale des Geräts 1 werden vollständig in darauf folgenden Abschnitten dieses Dokuments und in den Zeichnungen beginnend mit 18 fortgesetzt. Weiterhin sollte angemerkt werden, daß beide Amplifizierungsstationen 200 identisch sind, die hinter den zwei Fächern 3 nach 1A angeordnet sind, und daher wird dieses Dokument nur eine der Amplifizierungsstationen erläutern. In dem Umfang, in dem die beiden Amplifizierungsstationen gemeinsame Komponenten eines pneumatischen oder elektrischen Systems teilen, werden diese Merkmale ebenfalls erläutert.
  • II. Detaillierte Diskussion der Konstruktion einer Einweg-Testvorrichtung und deren Betrieb
  • Mit Bezug auf 1, 1A und 2 bis 3 ist die Amplifizierungsstation 200 nach 1 dazu ausgelegt, eine Testleiste 10 mit einem Dualkammerreaktionsgefäß 12 aufzunehmen. Das Reaktionsgefäß 12 weist eine gebrauchsfertig verpackte einzelne Dosis oder eine Einheitsdosis von Reagenzien für eine Reaktion auf, die typischerweise unterschiedliche Wärme- und Einkapselungsmerkmale erfordert, solche wie eine Nucleinsäureamplifizierungsreaktion (zum Beispiel TMA-Reaktion). Das Dualkammerreaktionsgefäß ist als eine Einwegeinheit zum einmaligen Gebrauch ausgebildet. Das Reaktionsgefäß ist vorzugsweise einstückig mit in einer Testvorrichtung, eine solche wie eine Leiste 10, eingeformt und weist einen Satz Waschreagens und Abtastsenken bzw. -wels 13 zum Gebrauch in einer separaten Amplifizierungsreaktion(Hybridisierung) Produkterkennungsstation auf. Alternativ kann das Reaktionsgefäß 12 als eine Stand-Alone- bzw. selbständige Einheit mit Flansch oder anderem geeigneten Aufbau hergestellt sein, um für einen Einbau in einen in einem solchen Testgerät vorgesehenen bezeichneten Platz geeignet zu sein.
  • In dem Dualkammerreaktionsgefäß 12 sind zwei getrennte Reaktionskammern A und B vorgesehen. Die zwei Hauptreagenzien in dem Gefäß für die Reaktion sind in einer räumlich getrennten Weise gespeichert. Eine Kammer, Kammer A, enthält die wärmestabile Probe/Amplifizierungsreagens (mit Primer, Nucleotiden und anderen notwendigen Salzen und Pufferkomponenten) auf, und die andere Kammer, Kammer B, enthält die wärmeempfindlichen enzymatischen Reagenzien, zum Beispiel T7 und RT. Alternativ können die wärmeempfindlichen Reagenzien in einer Zwischenkammer oder Well bzw. Senke in fluider Verbindung mit der zweiten Kammer so gespeichert sein, daß eine Reaktionslösung von der ersten Kammer durch die Zwischenkammer auf dem Weg in die zweite Kammer fließt.
  • Die beiden Kammern sind miteinander über einen Fluidkanal oder eine Verbindungsleitung 50 verbunden, der sich von der ersten Kammer in die zweite Kammer erstreckt. Es ist eine Einrichtung zur Steuerung oder Ermöglichung des Durchflusses von Fluid durch den Fluidkanal von der ersten Kammer zu der zweiten Kammer vorgesehen. Verschiedene Durchflußsteuereinrichtungen für Fluid sind in Erwägung gezogen, solche wie Vorsehen eines Ventils in dem Fluidkanal, wie im Patent US 5,786,782 beschrieben ist. Mehrere unterschiedliche Ventilausführungen sind darin beschrieben.
  • Ein Techniker füllt eine Fluidprobe in die erste Kammer A und bringt die Testleiste 10 in ein Fach 3 des Geräts 1 nach 1 ein. Innerhalb der Amplifizierungsstation 200 erwärmt ein thermoelektrisches Temperaturregelungssystem die erste Kammer nur bis auf eine Denaturierungstemperatur (zum Beispiel 95 Grad C). Nachdem die Amplifizierungsreagenzien in der ersten Kammer mit der Fluidprobe reagiert haben und der Denaturierungsprozeß abgeschlossen ist, wird die erste Kammer schnell auf 42 Grad C für Primer Annealing abgekühlt. Die beiden Kammern des Reaktionsgefäßes stehen vor der Vervollständigung des Denaturierungs- und Abkühlschritts nicht in fluider Verbindung. Nachdem diese Schritte vervollständigt sind, wird die Einrichtung zur Steuerung des Durchflusses für Fluid betätigt, um es der Reaktionslösung zu ermöglichen, durch den Fluidkanal 50 von der ersten Kammer A zu der zweiten Kammer B hindurch zu fließen. Zum Beispiel wird das Ventil in dem Fluidkanal geöffnet, und die Fluidprobe wird in die zweite Kammer entweder mit Druck oder Vakuumtechniken geleitet. Die Reaktionslösung wird dann in Kontakt mit dem(den) Amplifizierungsenzym(en) (zum Beispiel T7 und/oder RT) gebracht, und der enzymatische Amplifizierungsprozeß wird in der zweiten Kammer B bei 42 Grad C fortgesetzt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Testvorrichtung nach Vervollständigung der Amplifizierungsreaktion in Kammer B aus der Amplifizierungsstation 1 nach 1 von Hand entfernt und in ein separates Abtast- bzw. Erkennungstypgerät eingeführt. In dem Erkennungstypgerät wird eine SPR® (eine Fluidübertragungsvorrichtung, die als eine Festphasenaufnahme dient) pipettenähnliche Vorrichtung in die zweite Kammer eingeführt. Die Testleiste 10 enthält eine Vielzahl von in einem Array angeordneten Wells bzw. Senken.
  • Hybridisierung, Waschen, optische Analyse und Dekontamination wird dann in den Senken 13 in Übereinstimmung mit bekannten Techniken ausgeführt, um die Amplifizierungsprodukte zu erkennen bzw. zu erfassen. Solche Prozesse können in den nebeneinander liegenden Senken einer Testleistenausführung des Dualkammerreaktionsgefäßes automatisch in dem VIDAS®-Gerät von bioMérieux, Inc. stattfinden.
  • Nun folgt eine ausführliche Beschreibung der Konstruktion der in der Amplifizierungsstation verwendeten Testvorrichtung. 1A ist eine perspektivische Ansicht einer Testvorrichtung in der Gestalt einer Leiste 10, in die ein Dualkammerreaktionsgefäß 12 für eine Nucleinsäureamplifizierungsreaktion eingebracht ist, die die obigen Anforderungen erfüllt. Die Testleiste 10 weist eine Vielzahl von Hybridisierungs- und Waschsenken bzw. -wells 13 und ein zugehöriges Abdeckbauteil 14 auf. Die Testleiste 10 nach 1 ist vorzugsweise aus einem geformten Polymerwerkstoff hergestellt, einem solchen wie Polypropylen.
  • Eine Dichtungsmembran, eine solche wie ein mit Polypropylen beschichteter Aluminiumfilm, ist auf der oberen Fläche 15 der Testleiste aufgebracht, um die Senken 13 und das Dualkammerreaktionsgefäß 12 zu bedecken, nachdem die Senken und das Gefäß 12 mit dem/der geeigneten Enzym, Reagens, Wasch- oder Pufferlösung, etc. befüllt worden sind. Die Membran ist in 1A nicht dargestellt, um den Aufbau der Testleiste 10 besser zu zeigen. Das Abdeckbauteil 14 ist vor seiner Anbringung an die Testleiste 10 in der Nachbarschaft des Dualkammerreaktionsgefäßes 12 gezeigt.
  • Die Testleiste nach 1A kann in der Amplifizierungsstation nach 1 verwendet werden, um eine isotherme Nucleinsäureamplifizierungsreaktion, zum Beispiel eine TMA-Reaktion, in Übereinstimmung mit einer möglichen Ausführungsform der Erfindung durchzuführen. Kammer A des Dualkammerreaktionsgefäßes 12 enthält die Amplifizierungsreagenzien oder -mischung, nämlich Deoxynucleotide, Primer, MgCl2 und andere Salze und Pufferkomponenten in flüssiger oder Pelletform. Kammer B steht in fluider Verbindung mit einer Enzympellet-Senke 52, welche das(die) Amplifizierungsenzym(e) in flüssiger oder Pelletform enthält, die die Amplifizierungsreaktion katalysieren, zum Beispiel T7 und/oder RT. In einer alternativen Ausführungsform wird das Amplifizierungsenzym direkt in Kammer B eingebracht.
  • Nach Hinzufügung der Targets (oder Testproben) in Kammer A wird das Abdeckbauteil 14 auf der Testleiste 10 nach unten in der noch zu erläuternden Weise geschlossen, und die Testleiste wird in eins der Fächer 3 des Geräts 1 nach 1 eingebracht. Innerhalb des Geräts wird Wärme auf Kammer A aufgebracht, um die DNA-Nucleinsäuretargets zu denaturieren und/oder RNA-Sekundärstruktur zu entfernen. Die Temperatur von Kammer A wird dann schnell heruntergekühlt, um Primer Annealing zu ermöglichen. Daraufhin wird die Lösung von Kammer A in Kontakt mit dem Enzympellet in der Pellet-Senke 52 gebracht, und die Lösung wird in Kammer B eingeführt. Kammer A und B stehen nun in fluider Verbindung miteinander und werden auf der optimalen Temperatur für die Amplifizierungsreaktion, zum Beispiel 42 Grad C, gehalten. Durch räumliche Trennung von Kammer A von Kammer B und Aufbringen der Wärme zur Denaturierung nur auf Kammer A, sind die wärmeempfindlichen Enzyme in der Enzympellet-Senke 52 vor Inaktivierung während des Denaturierungsschritts geschützt.
  • Nachdem die Nucleinsäureamplifizierungsreaktion vervollständigt ist, wird dann die Testleiste 10 aus dem Gerät 1 nach 1 entfernt und in einer zweiten Erkennungsmaschine verarbeitet, die zur Verarbeitung der Testleisten angepaßt ist, eine solche wie das VIDAS®-Gerät. Die Testleiste 10 nach 1A ist mit einem besonderen Formfaktor so ausgebildet (zum Beispiel Gestalt, Länge, Breite, Höhe, Endenmerkmale 18A und 18B, etc.), daß es der Testleiste ermöglicht ist, mit einer vorhandenen Gerätebasis kompatibel zu sein, welche eine Festphasenaufnahme und andere Ausrüstung zur Verarbeitung der Ergebnisse der Nucleinsäureamplifizierungsreaktion in der Testleiste per se aufweist. Zusätzlich wird der Formfaktor der Testleiste die Konstruktion der mechanischen Merkmale in der Amplifizierungsstation 200 nach 1 lenken. Während so die bevorzugte Ausführungsform der Testleiste 10 einen für die Gerätebasis des Anmelders der Erfinder geeigneten Formfaktor aufweist, ist es verständlich, daß eine unterschiedliche Größe, Form, Konfiguration und andere physikalische Eigenschaften der Testvorrichtung, welche das Dualkammerreaktionsgefäß einschließt, erhalten werden können, um für andere Analysegeräte und für andere Geräte geeignet zu sein, welche die Nucleinsäureamplifizierungsreaktion in dem Dualkammerreaktionsgefäß durchführen würden. Auf diese Weise betrachten die Erfinder die Erfindung nicht als auf die besondere Testleiste eingeschränkt, die in den Zeichnungen dargestellt ist.
  • 2 und 3 sind zusätzliche perspektivische Ansichten der Testleiste 10 und des Abdeckbauteils 14 nach 1A. 4 ist eine getrennte perspektivische Ansicht des Abdeckbauteils. Mit Bezugnahme auf 2 bis 4 weist das Abdeckbauteil 14 ein Paar elastischer Füße 20 mit einem Keilmerkmal 21 auf, welche auf korrespondierende vorspringende Ränder bzw. Leisten 72A aufschnappen, die in dem oberen Rand der Testleiste eingeformt sind, wie später im Zusammenhang mit 7 bis 10 erläutert wird. Die Füße 20 ermöglichen es dem hinteren Abschnitt 22 des Abdeckbauteils 14 fest und sicher an der Testleiste 10 angebracht zu werden, während sie es einem zweiten oder vorderen Abschnitt 24 des Abdeckbauteils 14 ermöglichen, relativ zu dem hinteren Abschnitt 22 angehoben und abgesenkt zu werden. Das Abdeckbauteil 14 ist aus einem geformten Polymerwerkstoff hergestellt und weist einen integralen Gelenkabschnitt 26 auf, der die Abschnitte 22 und 24 zusammen verbindet. Das Abdeckbauteil weist auch eine zentrale Öffnung 28 mit einem porösen Siebfilter auf, welcher darin angeordnet ist, um es zu ermöglichen, daß Luft in Kammer A eintritt oder von ihr entfernt wird (nach Entfernung der Dichtungsmembran von der Oberseite von Kammer A), während im Wesentlichen das Entweichen von Fluiden oder Reagenzien aus Kammer A oder der Eintritt von Fremdstoff in Kammer A blockiert wird.
  • Der Zweck des Abdeckbauteils 14 besteht darin, den Zugriff des Benutzers zu Kammer A zu steuern und eine Schutzbarriere zur Umgebung während der Durchführung der Nucleinsäureamplifizierungsreaktion zu schaffen. Bei der Herstellung der Testleiste werden die Reagenzien in Kammer A und B (und in die Senken 13) eingebracht, und dann wird eine Dichtungsmembran auf die Oberfläche 15 der Testleiste 10 aufgebracht, welche alle Senken 13 und die Kammern A und B bedeckt. Die Membran kann mit einer Perforation oder einer Reißlinie an einer Stelle versehen sein, die mit 34 bezeichnet ist und neben der Kammer A liegt. Daraufhin wird das Abdeckbauteil 14 auf der Testleiste 10 angebracht. Wenn der Techniker zur Benutzung der Testleiste 10 bereit ist, hebt der Benutzer den vorderen Abschnitt 24 des Abdeckbauteils in die Position an, die in 2 gezeigt ist. Der Rand 30 weist ein gerundetes Aussparungsmerkmal für den Finger des Benutzers zur Unterstützung beim Anheben des Abschnitts 24 auf. Dann ergreift der Techniker den freien Rand 32 der Membran (abgebrochen in 2 gezeigt, um den Aufbau der Testleiste darzustellen), und zieht die Membran so ab, daß die Membran sich an der mit 34 bezeichneten Stelle trennt. Dieser Vorgang legt Kammer A des Dualkammerreaktionsgefäßes 12 frei. Dann bringt der Techniker die Fluidprobe in Kammer A ein und schließt das Abdeckbauteil 14.
  • Es wird nun Bezug auf 4A und 4B genommen. In optimaler Weise und in der bevorzugten Ausführungsform verbleibt der Film oder die Membran an ihrem Platz über der Kammer A. Das Abdeckbauteil weist einen von Hand betätigten Knopf 41 auf, welcher auf seiner Unterseite eine hervorstehende Spitze oder Fläche 41B dergestalt besitzt, daß, wenn das Abdeckbauteil 14 von dem Benutzer geschlossen wird, der Benutzer den Knopf 41 betätigen und niederdrücken kann und dadurch bewirkt, daß die hervorstehende Spitze 41B die Membran durchdringt, welche die Oberseite der Testleiste über Kammer A bedeckt, um eine kleine Öffnung für die Einführung der Testprobe zu schaffen. In dieser Ausführungsform wird die Folienmembran nicht vom Techniker entfernt, sondern vielmehr an Ort und Stelle belassen. Die Betätigung des(der) Knopfs hervorstehenden Spitze ist die Einrichtung, mit welcher ein Zugriff auf Kammer A im Zeitpunkt der Benutzung erfolgt. Diese Ausführung verringert die Wahrscheinlichkeit, daß irgendein Fluid oder Reaktionslösungen unbeabsichtigt aus der Kammer B heraus und in die Umgebung gelangen. Wie aus 4A ersichtlich ist, ist der Knopf 41 mit dem übrigen Abdeckbauteil mittels elastischer Füße 41A verbunden, welche dem Knopf 41 und der hervorstehenden Spitze 41B eine relative Bewegung zu dem Abdeckbauteil und dadurch eine Durchdringung der Membran ermöglichen. Sobald in die untere Position verstellt, passt sich die Seitenwand 41D des Knopfs bündig in den korrespondierenden kreisförmigen Wandabschnitt 41E des Abdeckbauteils 14 ein, was am besten in 4B dargestellt ist.
  • Das Abdeckbauteil 14 weist ein zusätzliches Paar elastischer Klemmfüße 38 auf seinen gegenüberliegenden Seiten auf, welche auf Randeinrichtungen 72B auf sich gegenüberliegenden Seiten der Testleiste aufschnappen, woraus sich der sichere Eingriff des Abdeckbauteils 14 mit der Testleiste 10 ergibt. Die Füße 38 spannen die Leiste 10 mit viel geringerer Kraft ein als die hinteren Füße 20, somit kommt das Abdeckbauteil 14 nicht vollständig außer Eingriff mit der Testleiste, wenn der Benutzer den vorderen Abschnitt 24 des Abdeckbauteils anhebt. Ein drittes Paar von Füßen 36 ist an dem Abdeckbauteil vorgesehen und hilft dabei, den vorderen Abschnitt zur Testleiste 10 auszurichten, wenn das Abdeckbauteil geschlossen ist.
  • In Bezug auf 5 und 6 weist die Oberseite 15 der Testleiste 10 eine Öffnung 70 auf, die zur Aufnahme einer Gabel (dargestellt in 14 bis 16) beim Öffnungsvorgang der Verbindungsleitung 50 ausgebildet ist. Das Abdeckbauteil 14 aus 3 und 4 ist über der Testleiste 10 so angebracht, daß die Öffnung 40 des Abdeckbauteils direkt über der Öffnung 70 der Testleiste liegt. 5 zeigt auch die Leisten- bzw. Absatzmerkmale 72A und 72B, welche es den elastischen Füßen 20 und 38 des Abdeckbauteils 14 eine Verriegelung auf der Testleiste ermöglichen, wenn das Abdeckbauteil 14 auf der Testleiste aufgebracht wird. Mit Bezugnahme auf 9 und 10 weist die Testleiste einen abgeschrägten Abschnitt 74 auf, über welchen das Keilmerkmal 21 (4) des Abdeckbauteils hinweg gleitet, bis das Keilmerkmal 21 unter den Absatz 76 schnappt und gegen den Wandabschnitt 78 drückt. Die elastische Eigenschaft der Füße 20 des Abdeckbauteils und der Vorgang des Keils 21 gegen den Anschnitt 76 verhindert, daß das Abdeckbauteil 14 außer Eingriff mit der Testleiste bei der Anhebe- und Absenkbetätigung des vorderen Abschnitts 24 des Abdeckbauteils gerät. Die abgeschrägte Fläche 80 nach 9 unterstützt das Aufbringen des Abdeckbauteils und das Fluchten der Füße 20 relativ zu dem Absatzmerkmal 72. Die Funktionsweise des Absatzmerkmals 72B ist die gleiche für die Füße 38 des Abdeckbauteils 14.
  • Mit Bezug auf 6 und 8 weist die Testleiste ein Paar von sich quer erstreckenden Rippen bzw. Stegen 84 auf, die in den Boden der Testleiste eingeformt sind und es ermöglichen, daß die Testleiste in einer stabilen waagerechten Lage auf einer Tischoberseite angeordnet werden kann.
  • 2 und 8 stellen eine Bodenkappe 86 dar, welche separat hergestellt ist. Die Kappe 86 wird mittels Ultraschall an den Boden der Kammer A, an einen Steg 87, der die Kammer A mit der Verbindungsleitung 50 verbindet, und an den Boden der Verbindungsleitung 50 geschweißt und schafft einen Fluiddurchgang für Lösung, um von dem Boden der Kammer A zu dem Boden der vertikal angeordneten Verbindungsleitung 50 zu fließen. Die Kappe 86 besitzt grundsätzlich die gleiche Konstruktion wie die Kappen, welche eine ähnliche Funktion in dem Patent US 5,786,182 ausführen, welches mit Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
  • Wie am besten in 5, 8 und 11 dargestellt ist, weist die Testleiste 10 weiterhin ein Paar von Trocknungsmittelsenken 54 und 56 auf, welche in mittels Luft- oder fluider Kommunizierung mit Kammer B angeordnet sind. Die Trocknungsmittelsenke 54 ist auch in 6 gezeigt, welche eine Querschnittsansicht längs der Linien 6-6 nach 5 ist. Die Trocknungsmittelsenken 54 und 56 sind zur Halterung einer oder einer Vielzahl von kleinen Trocknungsmittelpellets ausgebildet, die in ihren jeweiligen Senken übereinander gestapelt sind. Bei dem Zusammenbau der Testleiste wird durch maschinelle Kontrolle der Trocknungsmittelsenken die Menge an Trocknungsmittelpellets in den Senken 54 und 56 verifiziert. Der Zweck des Trocknungsmittels besteht darin, die Haltbarkeit des in die Testleiste eingebrachten Amplifizierungsenzyms zu verlängern, insbesondere wenn das Amplifizierungsenzym in Pelletform vorliegt und zur Verschlechterung bzw. Degradation bei Vorhandensein einer feuchten Umgebung anfällig ist. In dem Fall, in welchem die Nucleotiden, MgCl2 und andere in Kammer A eingebrachte Reagenzien in flüssiger Form vorliegen, müssen die Trocknungsmittelsenken 54 und 56 nicht in direkter Luft- oder fluider Kommunizierung mit Kammer A angeordnet sein. In dem Fall jedoch, in dem die Reagenzien in Kammer A in Pelletform oder in anderer Weise anfällig für Degradation in einer feuchten Umgebung vorliegen, werden die Trocknungsmittelsenken dann zur Kommunizierung mit Kammer A zusätzlich zur Kammer B ausgelegt und konstruiert. Alternativ kann eine zweite Gruppe von Trocknungsmittelsenken anliegend an Kammer A vorgesehen sein, um den Reagenzien in Kammer A zu dienen.
  • Mit Bezugnahme insbesondere auf 6 und 11 weist der äußere seitliche Abschnitt der Trocknungsmittelsenke 54 eine mit 58 bezeichneten Durchgang auf, welche ein Kommunizieren über Luft mit der Kammer B (und schließlich Kommunizieren über Luft mit den in der Enzympellet-Senke 52 angeordneten Enzympellets) ermöglicht. Der Durchgang 58 ist über einer Wand 60 vorgesehen, welche den seitlichen Abschnitt der Trocknungsmittelsenke 54 von Kammer B trennt. Drei oder vier Trocknungsmittelkugeln sind in der Trocknungsmittelsenke 54 angeordnet. Alternativ könnten die Trocknungsmittelkugeln direkt in Kammer B (und Kammer A wenn notwendig) angeordnet sein, oder in den Werkstoff eingeformt sein, der das Dualkammerreaktionsgefäß 12 bildet.
  • Nachdem die Denaturierung und Primer Annealing der Fluidprobe in Reaktionsgefäß A bei der ersten Reaktionstemperatur stattgefunden hat, wird ein Kugelventil geöffnet, welches allgemein mit Bezugszeichen 102 in 12 und 13 versehen ist. Das Kugelventil besteht aus einer Metallkugel 104, welche in der Verbindungsleitung 50 in einem zylindrisch geformten Zwischenbereich 106 angeordnet ist. Die Kugel 104 ist so ausgestaltet, daß ihr Durchmesser gleich dem Durchmesser des Zwischenbereichs 106 ist, somit bildet sie normalerweise einen vollständigen Verschluß der Verbindungsleitung. Die Wände 108 der Verbindungsleitung 50 sind aus einem deformierbaren Werkstoff hergestellt (und Polypropylen ist für die vorliegenden Zwecke ausreichend deformierbar). Diese Verformbarkeit der Wände 108 ist dergestalt, daß, wenn die Wände 108 auf gegenüberliegenden Seiten der Kugel 104 zusammengedrückt werden, die Wand 108 in der Richtung zusammengedrückt wird, die senkrecht zur Druckkraft auf gegenüberliegenden Seiten der Kugel verläuft, um dadurch einen Durchgang für Fluid um die Kugel herum zu erzeugen.
  • In der Amplifizierungsstation 200 ist eine Gabel vorgesehen, um diesen Deformationsvorgang an den Wänden 108 und der Kugel 104 zu bewirken, wie am besten in 16 dargestellt ist. Die Gabel 110 weist zwei Zinken 112 für jede Position auf, das heißt sechs Gabeln mit einer Gesamtheit von zwölf Zinken pro Fach, denn ein Fach ist zur gleichzeitigen Aufnahme von sechs Testleisten ausgelegt. Die Gabel 110 wird durch die Öffnung 40 des Abdeckbauteils (am besten dargestellt in 14), durch die Öffnung 70 in der Oberseite der Testleiste (am besten in 11 dargestellt) so abgesenkt, daß die Zinken 112 in Druckberührung mit den Wänden 108 der Verbindungsleitung direkt an sich gegenüberliegenden Seiten der Kugel 104 kommen, wie am besten in 16 gezeigt ist. Dieser Druck- bzw. Quetschvorgang deformiert die Wände 108, wie in 17 gezeigt, um Durchgänge 116 an sich gegenüberliegenden Seiten der Kugel 104 zu bilden.
  • Gleichzeitig bei oder unmittelbar nach der Öffnung des Kugelventils wie soeben beschrieben wird ein Vakuum auf die Testleiste aufgebracht, und insbesondere auf die erste Reaktionskammer A. Dieses erfolgt dadurch, daß eine Vakuumumhüllung um die Testleiste in den Fächern 3 der Amplifizierungsstation 1 angeordnet (ausführlicher weiter unten beschrieben) und die Luft in der Vakuumumhüllung bzw. in dem Vakuumeinschluß evakuiert wird. Das Erzeugen des Vakuums erniedrigt den Druck sowohl in der ersten Kammer A als auch in der zweiten Kammer B, da diese nun in Luft- und fluider Verbindung bzw. Kommunikation miteinander stehen. Wenn das Vakuum ausgelöst wird, besteht zwischen Kammer A und Kammer B ein Druckgradient mit einem höheren Druck in Kammer A. Der Druckgradient zwingt die Fluidlösung in Kammer A durch den Durchgang in der Kappe 86 (siehe 12 und 13) nach oben und durch die Durchgänge 116 in der Verbindungsleitung 50, wie durch die Pfeile in 17 angegeben ist, und aufwärts zur Oberseite der Verbindungsleitung 50.
  • Sobald die Fluidlösung die Oberseite der Verbindungsleitung 50 erreicht hat, tritt das Fluid in einen Kanal 100 (siehe 11 und 12) ein, der zur Enzympellet-Senke 52 führt. Das Fluid löst das Enzympellet 130 (12) in der Senke 52 auf und befördert das Amplifizierungsenzym in Kammer B hinein. Die Amplifizierung der Nucleinsäure in der Fluidprobe findet in Kammer B bei der spezifizierten Temperatur, zum Beispiel 42 Grad C, statt.
  • Nun wird Bezug genommen auf 14 und 15, welche den hin- und hergehenden Vorgang der Gabel 110 beim Öffnen des Kugelventils schematisch zeigen. In 14 ist die Testleiste 10 mit der Dichtungsmembran dargestellt, die auf der oberen Fläche der Testleiste in der vorher beschriebenen Weise aufgebracht ist, wie es der Fall ist, wenn die Vorrichtung hergestellt und betriebsbereit ist. Die Membran 42 trägt einen Barcode 43, welcher den Typ der verwendeten Testleiste oder weitere einschlägige Informationen kennzeichnet.
  • In 15 sind die grundlegenden Merkmale des Betriebs der Gabeln 110 in der Amplifizierungsstation 1 nach 1 dargestellt. In 15 sind zwei Testleisten 10 in einer Endansicht und zum Teil im Querschnitt gezeigt, die in der Amplifizierungsstation installiert sind. Die Gabeln 110 sind einstückig mit einem Querträger 132 dargestellt, welcher seinerseits an der Oberseite eines Vakuumdeckelgehäuses 134 in der Amplifizierungsstation 1 verschraubt ist. Die Testleisten 10 sind auf einer TEC/Wärmesenkebaugruppe 136 installiert, welche die beiden Dualkammerreaktionsgefäße in den Testleisten 10 auf der geeigneten Temperatur hält, wie in dem Patent US 5,786,182 im Detail beschrieben ist. Das Vakuumdeckelgehäuse 134 ist an einer mechanischen Antriebseinrichtung angebracht, welche das Vakuumdeckelgehäuse relativ zu einem unteren Halteraufbau 138 anhebt und absenkt. Das Deckelgehäuse 134 und der Halteraufbau 138 bilden eine Vakuumumhüllung bzw. einen Vakuumeinschluß 140. Das Vakuumdeckelgehäuse 134 weist weiterhin Öffnungen (nicht dargestellt) zum Abziehen von Luft aus der Vakuumumhüllung 140 und zur Einführung von Luft zurück in die Vakuumumhüllung 140 auf. Wenn das Vakuumdeckelgehäuse 134 auf den Halteraufbau 138 abgesenkt ist, bildet es eine luftdichte Abdichtung mit dem Halteraufbau 138 (unter Verwendung eines geeigneten Dichtungsaufbaus in dem Bereich 139), wobei ein Vakuum in der Umhüllung erzeugbar ist. Das Erzeugen eines Vakuums in dem Einschluß 140 bewirkt, daß Luft aus dem Dualkammerreaktionsgefäß durch die Öffnung 28 in dem Abdeckbauteil 14 und durch einen darin angeordneten luftdurchlässigen Filter (siehe 14) abgesaugt wird. Wenn dann das Vakuum in der Umhüllung 140 ausgelöst ist (wobei das Gehäuse 134 in der unteren Stellung während der Auslösung des Vakuums verbleibt), bewirkt der Differentialdruck zwischen Kammern A und B, daß die Fluidlösung in Kammer A durch die Verbindungsleitung, die durch die Betätigung der Gabeln 110 geöffnet ist, und in die Enzym-Pellet-Kammer und in die Kammer B in der vorher beschriebenen Weise wandert.
  • Weitere Details zu der vorliegenden bevorzugten Testleiste 10 werden im Patent US 5,786,182 weiterbehandelt.
  • III. Detaillierte Diskussion einer Amplifizierungsstation
  • Überblick
  • Nun wird Bezug auf 18 und 19 genommen, in denen die obere Abdeckung des Amplifizierungsmoduls 2 entfernt dargestellt ist, um die beiden identischen Amplifizierungsstationen 200 besser darzustellen, die direkt hinter den Fächern 3 angeordnet sind. Das Amplifizierungsmodul 2 weist auch ein Paar von Glasgefäßen 202 und verbundenen Komponenten eines Pneumatiksystems 204 für die Stationen 200 auf, welche nachfolgend im Zusammenhang mit 46 beschrieben sind.
  • Eine der Amplifizierungsstationen 200 nach 18 bis 19 ist in 20 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. 20 bis 27 sind eine Gruppe von Aufrissen, Draufsichten und perspektivischen Ansichten der Amplifizierungsstation 200. Mit Bezugnahme auf diese Figuren zusammen mit 1 und 2 weist die Amplifizierungsstation einen Halteraufbau 206 auf, welcher zur Aufnahme von einer bis sechs Einweg-Testvorrichtungen 10 nach 1A bis 17 ausgelegt ist. Insbesondere besitzt der Halteraufbau 206 eine Gruppe von erhabenen Stegelementen 208, von denen jedes eine Nut 210 (21) aufweist. Die Nuten 210 erstrecken sich in Länge der Stege 208 und nehmen die nach außen hervorstehenden zylindrischen Ausbildungen an den Enden 18B der Testleisten 10 nach 2 auf. Die Testleisten werden von Hand mit den Enden 18B voran in das Fach 3 dergestalt eingesetzt, daß die Leisten an Ort und Stelle durch die Wirkung der von den Nuten 210 in den erhabenen Stegelementen 208 gehaltenen Enden gehalten sind.
  • Die Amplifizierungsstation 200 weist ein Temperaturregelungssystem für die Testleisten auf. Das Temperaturregelungssystem wird in Zusammenhang mit 34, 35, 37 und 38 erläutert. Grundsätzlich besteht das Temperaturregelungssystem aus thermoelektrischen Heizelementen, verbundenen Wärmesenken und aus einem rückgekoppelten Regelungssystem. Das Temperaturregelungssystem hält Kammer A der Testleiste auf einer ersten erhöhten Temperatur zu Zwecken einer Denaturierung der Probe in Kammer A der Testleiste 10. Das Temperaturregelungssystem hält gleichzeitig das Amplifizierungsenzym in der Enzympellet-Senke auf einer zweiten Temperatur, die niedriger als die erste Temperatur ist, so daß das zweite Nucleinsäureamplifizierungsreagens konserviert bzw. erhalten bleibt (das heißt, daß eine Deaktivierung des Amplifizierungsreagens verhindert wird). Das Temperaturregelungssystem hält auch Kammer B der Testleiste auf der Solltemperatur für die darin durchgeführte Amplifizierungsreaktion. Die thermoelektrischen Heizelemente sind in thermischem und physischem Kontakt mit dem Halteraufbau 206 unmittelbar an den Testleisten anliegend angeordnet und übertragen Wärme an oder entziehen Wärme von den Reaktionskammern der Leisten.
  • Die Amplifizierungsstation 200 weist auch eine Betätigungseinrichtung auf, welche auf die Testleiste 10 einwirkt, um die erste und zweite Reaktionskammer miteinander in fluide Verbindung zu bringen. Die Betätigungseinrichtung wirkt auf die Testleiste ein, nachdem eine Reaktion in der ersten Reaktionskammer A bei der ersten erhöhten Temperatur aufgetreten ist. Der Aufbau der Betätigungseinrichtung wird in Abhängigkeit von der Konstruktion der Testvorrichtung variieren. Bei der bevorzugten Testleistenausführung besteht die Betätigungseinrichtung aus einer Gabel 110 mit zwei Zinken oder Zähnen 112. Bei der augenblicklichen Ausführungsform gibt es sechs solcher Gabeln 110 (eine pro Testleiste). Die Gabeln sind am besten in 24 und 28 dargestellt. Die Gabeln sind an einer oberen Fläche eines Vakuumgehäuses 134 angebracht und führen mit dem Vakuumgehäuse 134 relativ zum Halteraufbau 206 und den Testleisten in der unten ausführlicher beschriebenen Weise eine Hin- und Herbewegung aus.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Amplifizierungsstation ein Pneumatiksystem auf, welches die Übertragung einer Reaktionslösung von der ersten Kammer A der Testleiste zur zweiten Kammer B fördert. Eine mögliche Realisierung des Pneumatiksystems besteht darin, Vakuumsonden zu verwenden, die ein Vakuum auf die zweite Kammer B der Testleiste aufbringen. Das Vakuum zieht Fluid von Kammer A durch die Verbindungsleitung 50 in der Testleiste in die zweite Kammer B. Diese Technik wird in voller Länge im Patent US 5,786,182 beschrieben, welches hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • In einer mehr bevorzugten Ausführungsform ist die Gesamtheit der Testleiste, und natürlich die Gesamtheit aller sechs Testleisten, in einer Vakuumumhüllung bzw. in einem Vakuumeinschluß angeordnet, und ein Vakuum wird auf die Testleiste aufgebracht. Die Auslösung eines Vakuums bewirkt, daß das Fluid von Kammer A nach Kammer B auf Grund eines Differenzdrucks zwischen den beiden Kammern befördert wird. Die Amplifizierungsstation 200 besitzt ein Pneumatiksystem (dargestellt in 46 und später erläutert), welches ein Vakuum in einer Vakuumumhüllung erzeugt und auslöst, welche von dem oberen Vakuumkammergehäuse 134 (siehe 23 bis 26) und dem Halteraufbau 206 gebildet wird ist. Das obere Vakuumkammergehäuse 134 bewegt sich mittels eines Antriebssystems zwischen einer in 23 gezeigten angehobenen Stellung und einer unteren Stellung auf und ab. In der unteren Stellung liegt eine Dichtung bzw. ein Dichtungsprofil 220 (29C), die in der Dichtungshalterausbildung 222 des Vakuumkammergehäuses 134 gehalten ist, auf der planen Umfangsfläche 224 des Halteraufbaus 206 auf. Das Dichtungsprofil 220 bildet eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Vakuumkammergehäuse 134 und dem Halteraufbau, wobei eine Vakuumerzeugung innerhalb des Vakuumkammergehäuses ermöglicht wird. Wenn das Vakuumkammergehäuse 134 auf die Halteraufbaufläche 224 abgesenkt ist, bewirken die Gabeln 110 die Öffnung der Ventile der Testleiste in der in 15 angegebenen Weise. Wie aus 20 bis 27 ersichtlich ist, werden alle in die Amplifizierungsstation geladenen Testleisten gleichzeitig einer Ventilbetätigung und einer pneumatischen Fluidförderung von Reaktionskammer A zur Reaktionskammer B in den Testleisten unterzogen.
  • Es ist wichtig, das der Halteraufbau 206 und insbesondere dessen Umfangsfläche 224 absolut waagerecht ausgebildet sind, damit von dem Dichtungsprofil 220 eine dichte Abdichtung gebildet ist, wenn das Vakuumgehäuse 134 auf den Halteraufbau 206 abgesenkt ist. Es hat sich herausgestellt, daß bei Lösen eines Bunds 226 an der Oberseite der Führungsschrauben für das Antriebssystem des Vakuumgehäuses das Vakuumgehäuse 134 ausreichend Spiel aufweist, um sich gleichmäßig auf dem Halteraufbau abzusetzen und eine Vakuumdichtung zu bilden.
  • Zusätzliche mechanische Merkmale der Amplifizierungsstation 200 Mit Bezugnahme insbesondere auf 20, 22 und 23 weist die Amplifizierungsstation 200 eine Tür 230 auf, welche an dem Vakuumgehäuse 134 mechanisch befestigt ist und sich damit hin und her bewegt. Wenn sich die Tür in der angehobenen Stellung, die in den Zeichnungen dargestellt ist, befindet, kann der Benutzer die Testleisten in das Fach 3 nach 1 und in die Stege 208 des Halteraufbaus 206 einsetzen. Eine Sensorplatte 232 ist auch an dem Vakuumgehäuse befestigt. Die Sensorplatte 232 weist einen Flansch 234 auf, der sich innerhalb einer Öffnung 236 in einem konstruktiven Tragbauteil 237 auf- und abbewegt. Drei optische Unterbrechungssensoren 238A, 238B und 238C sind an einer Seitenplatte 240 der Station angebracht und erfassen den Durchgang von jeweils oberen und unteren Rändern 242 und 244 der Sensorplatte 232. Die optischen Unterbrechungssensoren 238A bis C liefern Signale an ein digitales elektronisches Steuersystem für die Station und werden verwendet, um das Anheben und Absenken der Tür 230 und des Vakuumgehäuses 134 zu überwachen und zu steuern.
  • Die Oberseite der Amplifizierungsstation weist eine Schale 250 mit einem optionalen Luftfilter 252 auf. Der Luftfilter 252 filtert Luft in der Lufteinlassleitung 254, die zu dem Vakuumgehäuse 134 führt. Die Schale 250 trägt auch zwei Magnetventile 256A und 256B, welche das Erzeugen und Auslösen von Vakuum in Leitungen 254 und 258 steuern, die zu dem Vakuumgehäuse 134 führen. Der Betrieb der Ventile 256A und 256B wird später diskutiert. Eine Leitung 260 führt von dem Vakuumkammergehäuseanschluß 292, der in 26 und 29A gezeigt ist, zu einem Drucksensor, welcher den Druck innerhalb des Vakuumkammergehäuses überwacht.
  • Nun wird Bezug genommen auf 21, 24 bis 26 und 31. Eine optische Leseeinheit 270 ist über dem hinteren Halteraufbau 206 montiert. Die optische Leseeinheit 270 weist bis zu sechs optische Sensoren pro Position auf, welche direkt über den Räumen 272 zwischen den Stegen 208 in dem Halteraufbau 206 angeordnet sind. Die optischen Sensoren erfassen, ob der Benutzer eine Testleiste in den Halteraufbau 206 eingesetzt hat, da solche Testleisten die Räume 272 einnehmen. Die optische Leseeinheit ist für sich in verschiedenen Ansichten in 32A bis 32D gezeigt.
  • Mit Bezugnahme auf diese Figuren und zunächst auf 31 weist die optische Leseeinheit 270 ein Kabel 274 für die optischen Sensoren auf. Das Kabel 274 besitzt einen Stecker 278, welcher eine Verbindung zu einem weiteren Kabel herstellt, das zu dem elektronischen Steuersystem für die Station führt. Das Kabel 274 führt zu einem Gehäuse 276, welches in einer Öffnung in dem Halteraufbau 206 aufgenommen ist. Das Gehäuse 276 wird an dem Halteraufbau 206 von einem C-Clip 280 gehalten. Eine Dichtung 282 verhindert, daß Luft um die Seite des Gehäuses 276 herum beim Vakuumbetrieb austritt. Das Kabel 274 führt zu sechs optischen Sensorarrays 284, die innerhalb einer Abdeckung 286 angeordnet sind.
  • Bezug nehmend auf 26, 27 und 31 weist das Vakuumgehäuse 134 einen hervorstehenden Abschnitt 290 auf, welcher das Gehäuse 276 aufnimmt, wenn das Vakuumgehäuse auf den Halteraufbau 206 abgesenkt ist. Das Vakuumgehäuse 134 ist getrennt in 29A und 29B dargestellt. Das Vakuumgehäuse 134 weist drei Anschlüsse 292, 294 und 296 auf. Anschluß 292 nimmt ein Rohr 250 (20) auf, welches zu einem Drucksensor führt, der den Luftdruck innerhalb des Vakuumgehäuses überwacht, wenn das Gehäuse 134 auf den Halteraufbau 206 abgesenkt ist. Anschluß 294 nimmt das Rohr 254 auf, welches zu dem Magnetventil 256B von 20 führt. Luft wird über den Anschluß 294 und sein angeschlossenes Rohr 254 aus der Vakuumumhüllung gesaugt, die von dem Vakuumgehäuse 134 gebildet wird. Anschluß 296 nimmt ein drittes Rohr 258 auf, welches zu dem Magnetventil 256B von 20 führt. Luft wird über den Anschluß 296 wieder zurück in die Vakuumumhüllung eingeführt.
  • Das Vakuumgehäuse 134 nimmt auch einen Temperatursensor 300 mit negativem Temperaturkoeffizienten auf. Bei dieser Sensorausführung nimmt der Widerstandswert ab, wenn die erfasste Temperatur ansteigt. Der Temperatursensor 300 besitzt Anschlußleitungen 302, welche Spannungssignale zu dem elektronischen und Temperaturrückkopplungs-Regelsystem für die Station leiten, welche unten ausführlicher beschrieben wird. Grundsätzlich ermöglicht die Rückkopplung, die durch den Umgebungstemperatursensor 300 vorgesehen ist, eine Kompensation einer Temperaturdrift des Halteraufbaus auf Grund von Erwärmung der Umgebungsluft in der Vakuumkammer.
  • Mit Bezugnahme auf 20, 23, 28, 29A und 29C weist das Vakuumgehäuse 134 auch Öffnungen 304 zur Aufnahme eines Paares von Schrauben 306 auf. Die Schrauben 306 verbinden das Vakuumgehäuse 134, den Querträger 132 und die Gabeln 110 fest an einem horizontal ausgerichteten Halterbauteil 308. Ein Paar O-Ringe 309 verhindert, daß Luft um den Querträger 132 herum in der Nachbarschaft der Schrauben 306 eindringt. Das Halterbauteil 308 ist an seinen sich gegenüberliegenden Seiten an einer Führungsbuchse 310 befestigt, welche durch den Drehvorgang einer Führungsschraube 312 angehoben und abgesenkt wird, die von einem Motor und Antriebsriemensystem, das allgemein mit 314 bezeichnet ist, angetrieben wird. Siehe auch 40.
  • Nun wird Bezug genommen auf 20, 21 und 23. Ein Paar von Ventilatoren bzw. Gebläsen 320 ist in dem unteren Abschnitt der Station vorgesehen. Die Ventilatoren 320 leiten Luft zu dem Raum unter dem horizontalen Halterbauteil 206, und insbesondere über eine Gruppe von Kühlrippen 322, die eine Wärmesenke für die thermoelektrischen Elemente in dem Temperaturregelungssystem für die Station schaffen.
  • Mit Bezugnahme auf 36, 33A und 33B wird der gesamte Halteraufbau 206 mit angebrachten Wärmesenkenkühlrippen 322 in perspektivischen Ansichten dargestellt. 33C ist eine Draufsicht des Halteraufbaus 206. Der Halteraufbau 206 besitzt einen Schalenhalter 207. Der Schalenhalter 207 weist drei Führungsbuchsen 324 auf, zwei auf einer Seite und eine auf der anderen. Die Führungsbuchsen 324 nehmen eine Welle auf, die sich von der Vorderseite der Station zu ihrer Rückseite erstreckt. Die Wellen sind in 24 und 25 mit Bezugszeichen 326 gezeigt. Wie in 36 dargestellt ist, weisen die Führungen 324 einen Kunststoffeinsatz 328 mit geringer Reibung auf. Eine Schraubenfeden 330, am besten in 20, 22, 23 gezeigt, ist zwischen dem Ende der Führungsbuchse und dem Überbau der Station vorgesehen. Die Schraubenfedern 330, Führungsbuchsen 324 und Wellen 326 ermöglichen es dem gesamten Halteraufbau, sich entlang der Wellenachsen 326 zum Zweck der Bewegung bzw. des Rührens und der Vermischung von Reaktionslösung in den Testleisten zur vollständigen Auflösung der Enzympellets rückwärts und vorwärts zu bewegen. Der rückwärts und vorwärts verlaufende Vorgang des Halteraufbaus 206 zum Zweck der Bewegung bzw. des Rührens und der Vermischung wird von einem Motor, Riemen und einer Exzenterzahnradeinheit geschaffen, die unten detailliert beschrieben wird.
  • Wie in 33B und 33C dargestellt ist, weist der Halteraufbau ein Paar von aufrecht stehenden Flanschen 340 auf. Die Abdeckung 286 der optischen Leseeinheit 270 nach 32A wird an den Flanschen 340 mechanisch befestigt. So sind die Sensoren der optischen Leseeinheit direkt über den Räumen 272 zwischen den erhabenen Stegen 208 angeordnet. 33C stellt auch die sechs Paare von ausgenommenen Bereichen 342 in dem vorderen Abschnitt des Halteraufbaus 206 dar. Die ausgenommenen Bereiche 342 sind dazu ausgebildet, es den Zinken 112 der Gabeln 110 (28) zu ermöglichen, vollständig in die Testleisten eingesteckt zu werden, ohne auf der Basis des Halteraufbaus 206 aufzukommen und die Gabeln zu beschädigen. 33C zeigt auch eine Öffnung 344 in dem Halteraufbau, welche das Gehäuse 276 der optischen Leseeinheit (siehe 31) aufnimmt.
  • Nun wird Bezug auf 28 und 30A bis 30D genommen, wobei der Querträger 132 und die Gabeln 110 von 28 allein dargestellt sind. Der Querträger 132 weist ein Paar von Ausnehmungen 354 zur Aufnahme eines O-Rings 309 (28) auf, die eine Dichtung für das Vakuumgehäuse bilden. Eine zylindrische erhabene Ausbildung 356 nimmt die Schrauben 306 aus 28 auf, welche den Querträger an dem primären horizontalen Stützbauteil befestigen. Der Querträger 132 und mit ihm einstückige Gabeln 110 und Zinken 112 sind aus hochwertigem Edelstahl hergestellt, um den zur Öffnung von sechs Kugelventilen in sechs Testleisten erforderlichen Kräften während der Lebensdauer des Geräts zu widerstehen.
  • Der Querträger 132 weist weiterhin eine Gruppe von sechs federgespannten Positionierzinken 360 auf. Die Positionierzinken 360 sind innerhalb einer zylindrischen Ausnehmung 362 in dem Querträger 132 gegen die Kraft einer Vorspannungsfeder 364 beweglich angeordnet. Die Positionierzinken 360 drücken nach unten auf das Abdeckbauteil 14 der Testleisten (2), um für das Abdeckbauteil 14 als Unterstützung bei der Bildung einer Dichtung um Kammer A herum in der Testleiste zu dienen. Der Zweck besteht darin, daß, wenn Luft aus den Kammern A und B der Testleiste während des Vakuumvorgangs evakuiert wird, und dann in die Kammern wieder eingeführt wird, wenn das Vakuum ausgelöst wird, die Luft durch den porösen Siebfilter 142 (14) in dem Abdeckbauteil 14 hindurch und nicht um die Ränder des Abdeckbauteils herum strömt. Die Federn 364 begrenzen den Betrag der auf das Abdeckbauteil 14 aufgebrachten Kraft auf ungefähr 3 Pfund, wenn die Gabel und Vakuumkammer 134 auf die Testleisten und den Halteraufbau 206 abgesenkt ist, wobei verhindert wird, dass das Abdeckbauteil bricht.
  • Mit Bezugnahme auf 24 und 25 ist die Station 200 innerhalb des Amplifizierungsmoduls 2 nach 1 mittels zweier Füße 352 und einem Fußsockel 354 aufrecht stehend angeordnet.
  • Betriebsmerkmale Temperaturregelungssystem
  • Nun erfolgt eine Bezugnahme auf 33B, 34 und 35, wobei der allgemeine Betrieb des Temperaturregelungssystems für die Station erläutert wird. 34 ist eine Bodenansicht der Station 202, wobei alle Antriebsmotoren und weitere Komponenten entfernt sind, um die grundsätzlichen Merkmale des Temperaturregelungssystems klarer darzustellen. Der Halteraufbau 206 kann begrifflich in zwei temperaturgeregelte Bereiche unterteilt werden, in einen ersten Bereich 370 und in einen zweiten Bereich 372. Der Bereich 370 ist zur Heizung bzw. Erwärmung von Kammer A der Testleiste auf eine erste, erhöhte Temperatur, zum Beispiel ≥ 65 Grad C zur Denaturierung der Probe vorgesehen. Der Bereich 372 ist zur Heizung von Kammer B der Testleiste auf eine zweite Temperatur, die niedriger als die erste Temperatur ist, vorgesehen, um die Integrität des Amplifizierungsenzyms in der Enzympellet-Senke zu bewahren und um eine Amplifizierungsreaktion in Kammer B der Testleiste bei der Solltemperatur, zum Beispiel ungefähr 42 Grad C, durchzuführen.
  • Der Bereich 370 wird auf der ersten Temperatur mittels zwei thermoelektrischer Kühlelemente (TEC) 374A und 374B gehalten, die in physischem und thermischem Kontakt mit dem vorderen Abschnitt der Stege stehen, welche die Testleisten tragen. Thermoelektrische Kühler 374A und 374B stehen in physischem und thermischem Kontakt mit den Wärmesenkenkühlrippen 322. Die thermoelektrischen Kühler 374A und 374B sind zwischen den Kühlrippen 322 und den oberen Flächen des Halteraufbaus angeordnet, wie später im Zusammenhang mit 37 und 38 beschrieben wird. Thermisch empfindliche Widerstände, das heißt Thermostaten, sind in dem Halteraufbau eingebracht, und die Wärmesenken schaffen eine Rückkopplung in das Computersteuersystem.
  • Ebenso wird die Temperatur des Bereichs 372 von zwei thermoelektrischen Kühlern 376A und 376B geregelt, welche physikalisch und thermisch in Kontakt mit dem hinteren Abschnitt der die Testleisten tragenden Stege und mit den Kühlrippen oder Wärmesenken 322 stehen.
  • 35 stellt schematisch den Betrieb der thermoelektrischen Kühler dar. Grundsätzlich ist ein thermoelektrischer Kühler ein Festkörperbauelement, welches als eine Wärmepumpe ohne bewegliche Teile, Fluide oder Gase funktioniert. Thermoelektrische Kühler sind aus zwei Halbleiterelementen hergestellt, im Wesentlichen Wismut-Tellurid, stark dotiert, um entweder einen Überschuss (N-Typ) oder einen Mange (P-Typ) an Elektronen zu erzeugen. Die an der kalten Verbindungsstelle absorbierte Wärme wird zu der warmen Verbindungsstelle mit einer Geschwindigkeit gepumpt, die proportional zu dem Strom ist, der durch den Kreis und die Anzahl von Paaren fließt. An der kalten Verbindungsstelle absorbieren die Elektronen die Energie (Wärme), während sie von einem niedrigen Energieniveau in dem P-Typ-Halbleiterelement auf ein höheres Energieniveau in dem N-Typ-Halbleiterelement übergehen. Die DC-Leistungsversorgung liefert die Energie zur Bewegung der Elektronen durch das System. An der heißen Verbindungsstelle wird die Energie an eine Wärmesenke abgegeben, während sich Elektronen von dem Element (N-Typ) mit hohem Energieniveau zu einem Element (P-Typ) mit niedrigerem Energieniveau bewegen. Bei Umkehrung der Polarität der DC-Quelle wird die Wärmesenke die Wärmequelle und die Wärmequelle wird zur Wärmesenke. Auf diese Weise können die thermoelektrischen Kühler nach 34 und 35 sowohl zur Erwärmung als auch zur Kühlung des Halteraufbaus und der Testleisten in Übereinstimmung mit einem Solltemperaturprofil für eine Nucleinsäureamplifizierungsreaktion verwendet werden. Die thermoelektrischen Kühlelemente 374A, 374B, 376A und 376B nach 34 sind im Handel erhältlich.
  • Mit Bezug auf 37 ist der Halteraufbau 206 und das Temperaturregelungssystem in einer Querschnittsansicht längs der Linie 37-37 aus 34 dargestellt. 37 zeigt zwei TEC-Module 374A und 376A, die unmittelbar über und den Kühlrippen (Wärmesenken) 322 und in thermischem Kontakt mit diesen angeordnet sind. Das vordere TEC-Modul 374A ist dafür verantwortlich, daß der vordere Abschnitt des Halteraufbaus 206 im Bereich 370 auf eine erste höhere Temperatur gebracht wird, typischerweise größer als 65 Grad C, wie oben beschrieben ist. Das TEC-Modul 376A ist ebenso in thermischem und physischem Kontakt mit der hinteren Gruppe von Wärmesenkenkühlrippen 322 und hält den Bereich 372 des Halteraufbaus auf einer zweiten Temperatur von zum Beispiel 42 Grad C.
  • 38 ist eine detailliertere Querschnittsansicht der Bereiche 370 und 372 nach 37. Ein Thermistor 400 ist in die Wärmesenke 322 eingebracht und überwacht die Temperatur der Wärmesenke für das Temperaturregelungsrückkopplungssytem. Das TEC-Modul 374A ist in Sandwichbauweise zwischen der Wärmesenke 322, einem elektrischen Isolator 401 und einer Kunststoffschale 402 angeordnet, welche den vorderen Abschnitt des Halteraufbaus 206 bildet. Eine Schraube 404 sichert die Anordnung 322, 374A, 402 und 206. Eine Dichtung 406 verhindert eine Leckage von Luft oder Fluid um die Kunststoffschale 402 herum. Ein zweiter Thermistor 408, der in dem vorderen Bereich 410 des erhabenen Stegs 208 eingebracht ist, überwacht die Temperatur des Halteraufbaus in dem Bereich, der unmittelbar an der Kammer A der Testleiste liegt. Der zweite Thermistor 408 ist innerhalb des erhabenen Stegs 208 mittels einer Kunststoffplattform 412 befestigt, die sich über den Halteraufbau erstreckt und an Ort und Stelle durch eine Befestigungsanordnung sicher befestigt ist.
  • Die Plattform 412 und eine zweite Befestigungsanordnung 416 befestigen auch einen dritten Thermistor 418. Die beiden thermischen Bereiche 370 und 372 des erhabenen Stegs 208 des Halteraufbaus sind mittels eines isolierenden Delrin-Abstandshalters 420, Luftzwischenräumen 422 und Paßschraube bzw. -bolzen 424 von einander getrennt.
  • Mit Bezug auf die linke Seite von 38 weist der hintere thermische Bereich 372 den TEC 376A und einen elektrischen Isolator 426, eine O-Ring-Dichtung 428 und einen Verschluß 430 auf, welche die Anordnung zusammen sichern.
  • Mit erneuter Bezugnahme auf 37 ist es ersichtlich, daß der erhabene Steg 208 des Halteraufbaus 206 einen thermisch leitenden Aluminiumblock 432 für den hinteren thermischen oder „Amplifizierungs-" Bereich 372 (für Kammer B der Testleiste und für das Amplifizierungsenzym) sowie einen zweiten thermisch leitenden Aluminiumblock 434 für den vorderen thermischen oder „Proben-" Bereich 370 (für Kammer A) aufweist. Der für den hintersten Abschnitt 436 ausgewählte Werkstoff des erhabenen Stegs ist nicht von besonderem Interesse, da er keine Wärmeübertragungsfunktionen in der dargestellten Ausführungsform durchführt.
  • 37 zeigt auch eine Schaltungsplatine 433 mit der Elektronik für die beiden Probenventilatoren 320 nach 34 und die TEC-Module 376A bis B und 374A bis B.
  • Mit Bezugnahme auf 39 sind der Halteraufbau 206 und damit verbundene thermische Regelungssystemkomponenten in einer weiteren Querschnittsansicht dargestellt, die längs der Linien 39-39 der 33C und 34 verläuft. Die gesamte Probenwärmesenke 322 ist auf dem Probenthermoblock 434 mittels Schrauben 440 und 404 befestigt. Eine Zugfeder 442 und eine Dichtung 444 sind an gegenüberliegenden Seiten der Anordnung vorgesehen, um den Betrag der Kraft zu begrenzen, die auf die TEC-Module 374A und 374B durch die Schrauben 440 und 404 aufgebracht wird.
  • Betriebsmerkmale Bewegungs- bzw. Rühr- und Antriebsriemensystem
  • 40 ist eine perspektivische Ansicht des Überbaus der Station 200, wobei die meisten Teile davon entfernt sind, um das Antriebssystem der Station besser darzustellen. Das Antriebssystem besteht aus zwei getrennten Anordnungen: (1) ein Antriebsriemensystem 500 zum Anheben und Absenken des Vakuumkammergehäuses relativ zum Halteraufbau, und (2) ein Bewegungsantriebssystem 502 zur Bewirkung von Rückwärts- und Vorwärtsbewegung des Halteraufbaus längs der Achse der Wellen 326 (siehe 22).
  • Mit Bezugnahme auf 40, 28, 42 und 43 weist das Antriebsriemensystem 500 einen Schrittmotor 504 auf, der einen Zahnriemen 506 antreibt, welcher ein Paar von Zahnrädern 508 und daran angebrachte Führungsschrauben 312 dreht. Rotation bzw. Verdrehung der Führungsschrauben 312 innerhalb der Buchse 310 bewirkt, daß das horizontale Halterbauteil 308, die Buchse 310 und die daran angebrachte Anordnung Vakuumkammergehäuse 134/Gabel 110 sich relativ zu den Führungsschrauben auf- und abbewegt. Die optischen Sensoren 238A bis C von 22 erfassen die Position des Antriebssystems 500 durch Überwachung, ob die Sensorplatte 234 die Lichtstrecke durch den Sensor unterbricht.
  • Mit Bezug auf 26, 40 und 42 bis 44 besitzt das Bewegungsantriebssystem 502 einen Schrittmotor 550, einen Zahnriemen 554 und eine Exzenterzahnradeinheit 556. Ein optischer Sensor 558 erfasst die Position einer Aussparung 560 in einer Scheibe 562, die an dem Getriebe 556 angebracht ist, und erzeugt ein Signal, welches der Motor 550 verwendet, um das Exzenterzahnrad 556 in eine Ausgangsposition zurückzustellen. Das Exzenterzahnrad stößt an einen Block 564 an, der auf der Unterseite des Halteraufbaus 206 angebracht ist (am besten in 28, 33B und 37 dargestellt), wird gegen den Block 564 durch die Einwirkung der Schraubenfedern 330 (23, 25) gehalten, welche die Wellen 326 umgeben. Rotation des Exzenterzahnrads 556 bewirkt eine Rückwärts- und Vorwärtsbewegung des gesamten Halteraufbaus 206, wobei bewirkt wird, daß die auf dem Halteraufbau aufgebrachten Testleisten mit einer Schüttelbewegung beaufschlagt werden, wobei eine vollständige Auflösung des Pellet erleichtert und eine Vermischung des Reagens mit der Fluidprobe in den Testleisten beschleunigt wird.
  • Die Bewegung des Bewegungssytems liegt bei etwa 8 bis 10 Hertz mit einem Hub von 3 mm ±1,5 mm. Die Bewegung tritt für 60 Sekunden auf und beginnt, wenn die Gabeln und das Vakuumkammergehäuse von dem Antriebssystem 500 angehoben sind, nachdem Fluid von Kammer A nach Kammer B in den Testleisten befördert worden ist. Die Bewegung beschleunigt dann die Reaktion zwischen der Reaktionslösung, die von der Kammer A kommt, mit dem Amplifizierungsenzym.
  • Wie in 43 und 44 gezeigt ist, erstreckt sich das Exzenterzahnrad 556 durch eine Öffnung in einer Basis oder Plattform 570 für die Station. Die Basis 570 weist ein Paar von nach oben stehenden Führungen 572 zur Halterung der Wellen 326 nach 22 auf.
  • Betriebsmerkmale Elektroniksystem
  • Mit Bezug auf 45 wird das Elektronikystem 600 für die Amplifizierungsstation 200 in einem Blockdiagramm dargestellt. Das Elektroniksystem 600 weist eine vordere Wannen- bzw. Schalenplatine 602 auf, welche Signale von passiven Temperatursensoren in dem vorderen Abschnitt des Halteraufbaus korrespondierend zum Temperaturbereich 370 empfängt und diese Signale zu einer Schalen-Interfaceplatine 604 leitet. Eine hintere Schalenplatine 606 empfängt Signale von den passiven Temperatursensoren in dem hinteren Abschnitt des Halteraufbaus korrespondierend zum Temperaturbereich 372 und leitet sie an die Schalen-Interfaceplatine 604.
  • Eine Servoplatine 610 steuert die aktiven Komponenten der Station, welche Folgendes aufweisen: die Vakuumventile in dem Pneumatiksystem, die Ventilatoren und die Motoren für die Antriebssysteme. Die Servoplatine 610 gibt Befehle an die optischen Sensoren in der optischen Leseeinheit aus, um zu erfassen, ob eine Leiste in irgendeinen gegebenen Schlitz des Halteraufbaus eingebracht worden ist. Es gibt nur eine Servoplatine 610 pro Fach.
  • Eine Interfaceplatine 612 ist verantwortlich für eine Vielzahl von Aufgaben, einschließlich Steuerung der Servoplatine über eine RS485-Kommunikation, Kommunikation mit dem externen Allzweck-Computersystem 5 nach 1, Vakuumerzeugung und Management von Betriebsbereit- und EIN-LED. Die Interfaceplatine 612 weist Folgendes auf: einen 68HC11a-Mikrokontroller; ein Flash-Memory, welches von dem Computersystem jedesmal Software speichert, wenn die Station eingeschaltet wird; ein RAM mit Speicherung von Programmdaten; einen Treiber/Empfänger, welcher ein Interface zwischen dem Mikrokontroller und den Servoplatinen 610 schafft; einen weiteren Treiber/Empfänger, welcher ein Interface zwischen dem Mikrokontroller und dem Computersystem 5 schafft; eine Spannungsreferenz, welche eine Messung des Vakuums innerhalb des Vakuumbehälters des Pneumatiksystems vorsieht; MOS- Transistoren, die Leistungsversorgungen für die Vakuummotorpumpe und atmosphärischen Ventilen liefern; und eine Sicherung zur Schaffung eines 12 V-Schutzes.
  • Die Details des Elektroniksystems werden für die vorliegende Erfindung nicht als zugehörig angesehen und können ohne weiteres von einem Fachmann entwickelt werden.
  • Die Servoplatine 610 steuert den gesamten Temperaturzyklusvorgang, der von der Interfaceplatine 612 vorgegeben wird. Die vier Temperatursensoren in dem Gerät (Umgebungstemperatursensor Vakuumkammer, Temperatursensor Wärmesenke und vordere und hintere Temperatursensoren in dem Halteraufbau) liefern die Messungen zur Steuerung des Temperaturprozesses. Alle diese Sensoren sind Thermistoren mit negativem Temperaturkoeffizient (NTC) wie oben erläutert. Temperaturerfassung erfolgt durch einen Mikrokontroller auf der Servoplatine, indem er einen 12-Bit-A/D-Wandler für den Wert eines jeden Temperatursensors abfragt. Der Spannungswert repräsentiert eine Sensorimpedanz, welche zu einem Temperaturwert in Korrelation gesetzt werden kann.
  • Das Temperaturregelungssystem weist weiterhin vier Leistungs-MOSFET-Transistoren auf, welche jedes TEC-Modul mit einer positiven oder negativen Spannung versorgen. Der Mikrokontroller auf der Servoplatine 610 steuert einen Treiber, welcher alle acht Leistungs-MOSFET-Transistoren steuert. Jedes TEC-Modul wird unabhängig gesteuert.
  • Betriebsmerkmale Pneumatiksystem
  • Das Pneumatiksystem 204 nach 18 und 19 wird in 46 in schematischer Form dargestellt. Das System 204 dient beiden Fächern im Gerät 1. Das System weist das Vakuumgehäuse 134, welches eine Umhüllung bzw. einen Einschluß um die Testleisten 10 und den Halteraufbau 206 bildet, einen mit durchgezogenen Linien in 46 dargestellten Vakuumkreis 700 und einen atmosphärischen Druckkreis 702 auf, der gestrichelt dargestellt ist.
  • Der Vakuumkreis 700 besitzt eine Vakuumpumpe 704, welche ein Vakuum (50 kPa) innerhalb von zwei Vakuumbehältern 202 hält. Ein Vakuumsensor 706 misst den Druck innerhalb der Vakuumbehälter 202. Der Kreis weist außerdem ein atmosphärisches Ventil EV3 auf. Die Vakuumbehälter 202 sind an die Vakuumgehäuse 134 für die beiden Fächer über einen Durchflußminderer 708, eine T-Verbindung 710 und Vakuumleitungen angeschlossen, die zu dem Vakuumventil EV1 (Bezugszeichen 256B in 20) und Vakuumrohr 258 führen. Jedes Vakuumgehäuse 134 weist ein Rohr 712 auf, das zu einem Vakuumdrucksensor 714 führt, welcher ein Vakuum innerhalb des Vakuumgehäuses 134 überwacht, wenn es auf den Halteraufbau 206 abgesenkt ist.
  • Der Vakuumkreis 700 arbeitet wie folgt. Wenn das Elektroventil EV2 geschlossen ist, steht das Vakuumgehäuse unter atmosphärischem Druck. Wenn das Ventil EV1 geöffnet ist, strömt die Luft in dem Vakuumgehäuse in den Vakuumbehälter 202 durch den Durchflußminderer 708. Der Durchflußminderer 708 stellt eine allmähliche Abnahme des Drucks innerhalb des Vakuumgehäuses 134 sicher.
  • Der atmosphärische Druckkreis 702 weist Folgendes auf: ein atmosphärisches Ventil EV2 (Bezugszeichen 256A in 20) für jedes Fach; ein Rohr 254, das von dem Vakuumgehäuse 134 zu einem Filter 252 und zu dem Ventil EV2 führt, und einen Durchflußminderer 716.
  • Der atmosphärische Druckkreis 702 arbeitet wie folgt. Das Elektroventil EV1 ist geschlossen und das Vakuum in dem Vakuumgehäuse beträgt 50 kPa. Wenn das Elektroventil EV2 geöffnet ist, strömt die Umgebungsluft in das Vakuumgehäuse durch den Durchflußminderer 716 und den Filter 252. Der Durchflußminderer 716 stellt eine allmähliche Zunahme des Drucks innerhalb des Vakuumgehäuses 134 sicher.
  • Während der Initialisierung der Station 200 öffnet die Software für das Gerät das atmosphärische Ventil EV3, um den Vakuumsensor 706 und 714 bei aktuellem atmosphärischen Druck zu registrieren.
  • Wärmezyklus
  • Die Kammern A der Testleisten werden von zwei TEC-Modulen 274A und 274B wie vorstehend beschrieben erwärmt oder gekühlt. Dieselbe Wärmesenke ermöglicht die Wärmeabgabe von den TEC-Modulen. In ähnlicher Weise wird die Amplifizierungsreaktionskammer B der Testleisten von zwei TEC-Modulen 276A und 276B erwärmt und gekühlt, und die Wärmesenke und Kühlrippen, die mit den TEC-Modulen 276A und 276B gekoppelt sind, ermöglichen die Wärmeabgabe von diesen TECs.
  • Der Wärmezyklusprozeß wird von der Amplifizierungsstation 200 für eine repräsentative Ausführung einer Nucleinsäureamplifizierungsreaktion für einen amplifizierten Chalmydia-Trachomatis-Test ausgeführt wie in 47 dargestellt ist. Zum Zeitpunkt t0 wird die Temperatur des vorderen Abschnitts des Halteraufbaus auf eine Denaturierungs- und Primer Annealing-Temperatur von ungefähr 95 Grad C erhöht und auf diesem Wert für etwa 10 Minuten beibehalten. Im Zeitpunkt t1 wird die Temperatur schnell von 95 Grad C auf 42 Grad C verringert. Im Zeitpunkt t2 findet die Übertragung der Reaktionslösung von Kammer A nach Kammer B in den Testleisten statt (die Vakuumkammer wird auf die Testleisten abgesenkt und der oben erläuterte Vakuumvorgang erfolgt). Vom Zeitpunkt t2 bis t3 (ca. sechzig Minuten) findet in Kammer B der Testleisten eine Amplifizierungsreaktion statt. Zum Zeitpunkt t3 wird die Temperatur in Kammer B schnell auf eine Deaktivierungstemperatur von 65 Grad C im Zeitpunkt t4 angehoben und auf diesem Wert für 10 Minuten beibehalten bis zum Zeitpunkt t5. Im Zeitpunkt t5 wird die Temperatur auf eine Leerlauftemperatur von 37 Grad C vermindert bis der Prozess wiederholt wird. Die Testleisten werden dann aus den Fächern 3 entfernt und in ein anderes Gerät zur Verarbeitung der Amplifizierungsprodukte mit einer Sonde, einer Aufnahme für Festphasen oder einer anderen Gerätschaft eingesetzt.
  • Alternative Ausführungen
  • Eine mögliche alternative Ausführungsform besteht darin, den Halteraufbau in den Fächern mit einem zusätzlichen Antriebssystem zu koppeln, welches den Halteraufbau relativ zu der Fachtür zwischen einer eingezogenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung verstellt. Das Antriebssystem könnte irgendeine geeignete Konstruktion sein. Der Halteraufbau steht in der ausgefahrenen Stellung in der Türöffnung oder auch weiter nach außen hin hervor, wodurch einem Benutzer ein leichterer Zugriff auf den Halteraufbau zum Einbringen der Testvorrichtungen auf den Halteraufbau ermöglicht wird. Wenn der Benutzer die Testvorrichtungen eingebracht hat, würden sie auf dem Benutzerinterface anzeigen, daß der Halteraufbau beladen worden ist, worauf der Halteraufbau von dem Antriebssystem in das Fach in die Stellung zurückgezogen wird, die in 20 und folgenden dargestellt ist.
  • Als ein weiteres Beispiel kann es für die Amplifizierungsstation für bestimmte Reaktionen erforderlich sein, nur eine Temperatur in einer Testvorrichtung beizubehalten, nämlich die zweite Reaktionskammer auf einer Reaktionstemperatur von beispielsweise 42 Grad C zu halten. So ist anstelle von zwei TEC-Einheiten und damit verbundenen Wärmesenken nur eine TEC-Einheit und damit verbundene Wärmesenke in der Amplifizierungsstation anliegend an Kammer B der Testleisten vorgesehen.
  • Der genaue Sinn und Bereich ist durch Bezug auf die beigefügten Ansprüche unter Interpretation des Voranstehenden bestimmbar.

Claims (10)

  1. Station zur Durchführung einer Nucleinsäureamplifizierungsreaktion in einer Einweg-Testvorrichtung mit einer ersten Reaktionskammer, die ein erstes Nucleinsäureamplifizierungsreagens enthält, und einer zweiten Reaktionskammer, die entweder ein zweites Nucleinsäureamplifizierungsreagens enthält oder damit in fluider Verbindung steht, wobei die Station folgendes aufweist: einen Halteraufbau, der das Testgerät aufnimmt; mindestens ein Temperaturregelungssystem für das Testgerät, wobei das Temperaturregelungssystem die erste Reaktionskammer bei einer ersten Temperatur hält, aber gleichzeitig das zweite Nucleinsäureamplifizierungsreagens bei einer zweiten Temperatur, unterschiedlich zur ersten Temperatur, so hält, dass das zweite Nucleinsäureamplifizierungsreagens konserviert bzw. erhalten bleibt; eine Betätigungseinrichtung, die auf das Testgerät einwirkt, um die erste und die zweite Reaktionskammer in fluide Verbindung miteinander zu bringen, wobei die Betätigungseinrichtung an dem Testgerät wirksam wird, nachdem eine Reaktion in der ersten Reaktionskammer bei der ersten Temperatur stattgefunden hat; wobei ein zweiter Teil der Nucleinsäureamplifizierungsreaktion in der zweiten Kammer mit dem zweiten Nucleinsäureamplifizierungsreagens, das durch Beibehalten des zweiten Nucleinsäureamplifizierungsreagens bei der zweiten Temperatur erhalten geblieben ist, während die erste Kammer und das erste Nucleinsäureamplifizierungsreagens bei der ersten Temperatur gehalten wurde, stattfinden kann; und ein pneumatisches System, das auf das Testgerät einwirkt, um eine Reaktionslösung aus der ersten Kammer in die zweite Kammer zu ziehen, nachdem die Betätigungseinrichtung an dem Gerät wirksam wurde, um die erste und die zweite Kammer in fluide Verbindung miteinander zu bringen, wobei das pneumatische System einen Vakuumeinschluß und eine Vakuumquelle aufweist, wobei der Vakuumeinschluß ein Gehäuse aufweist, das bezüglich des Halteraufbaus und des Testgeräts beweglich ist, um dadurch das Testgerät zu umschließen und zu erlauben, dass ein Vakuum an das Testgerät angelegt werden kann, wobei die Vakuumquelle in Verbindung mit dem Vakuumeinschluß gesetzt ist und in Betrieb ist, um Luft aus dem Einschluß abzuziehen und Luft zu dem Einschluß zuzulassen und dadurch die Reaktionslösung aus der ersten Kammer in die zweite Kammer zu übertragen.
  2. Station nach Anspruch 1, wobei das Testgerät eine verlängerte Leiste mit (1) einem Reaktionsgefäß, das die erste und zweite Kammer und einen Verbindungskanal, der die Kammern verbindet, aufweist, und (2) eine Vielzahl von Wells besitzt.
  3. Station nach Anspruch 1, wobei der Halteraufbau eine Mehrzahl an Testgeräten aufnimmt und wobei das Temperaturregelungssystem und die Betätigungseinrichtung an jedem der Mehrzahl der Testgeräte wirksam sind, wodurch das Instrument in der Lage ist, mit der Mehrzahl der Testgeräte im Wesentlichen gleichzeitig zu arbeiten.
  4. Station nach Anspruch 1, wobei die Station zusätzlich ein subsidiäres mechanisches Rührsystem aufweist, das mit dem Halteraufbau verbunden ist und das das Testgerät, nachdem das Testgerät auf dem Halteraufbau installiert wurde, rührt.
  5. Station nach Anspruch 1, wobei die Station zusätzlich eine Frontplatte mit einer Tür aufweist, die für einen Zugang zu dem Halteraufbau sorgt, und wobei der Halteraufbau mit einem Fahrsystem gekoppelt ist, um den Halteraufbau bezüglich der Tür zwischen einer eingefahrenen Position und einer ausgefahrenen Position zu bewegen, wobei die ausgefahrene Position einen Benutzer in die Lage versetzt, das Testgerät in geeigneter Weise auf den Halteraufbau zu setzen.
  6. Station nach Anspruch 1, wobei das Temperaturregelungssystem folgendes aufweist: ein erstes thermoelektrisches Element, das in dem Instrument in der Nähe eines ersten Teils des Halteraufbaus installiert ist, wobei das erste thermoelektrische Element die erste Kammer auf einer ersten Temperatur hält, und ein zweites thermoelektrisches Element, das in der Nähe eines zweiten Teils des Halteraufbaus installiert ist, wobei das zweite thermoelektrische Element die zweite Kammer einer zweiten Temperatur hält.
  7. Station nach Anspruch 6, die zusätzlich eine erste und zweite Wärmesenke in thermischem Kontakt entsprechend mit dem ersten und zweiten thermoelektrischen Element aufweist.
  8. Station nach Anspruch 7, wobei der Halteraufbau ein Paar verlängerter Nuten aufweist, die einen Rand auf dem Testgerät aufnehmen, um dadurch einem Techniker zu erlauben, das Testgerät bezüglich des Halteraufbaus gleiten zu lassen und dadurch das Testgerät bezüglich des ersten und zweiten thermoelektrischen Elements genau auszurichten.
  9. Station nach Anspruch 1, wobei die Betätigungseinrichtung eine Mehrzahl von Gabeln aufweist, die für das Einrasten in eine Mehrzahl von Testgeräten, die in der Station eingeführt sind, und zum Öffnen eines Verbindungskanals vorgesehen sind, der die ersten und zweiten Reaktionskammern verbindet.
  10. Station nach Anspruch 9, wobei die Mehrzahl der Gabeln bezüglich der Vakuumeinschluß fixiert sind und sich mit der Vakuumeinschluß zwischen offenen und geschlossenen Positionen bezüglich des Halteraufbaus hin- und herbewegen.
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