Labormässige Untersuchungen werden vielfach entweder in Flüssigkeiten bzw. flüssigen Substraten oder in mehr oder weniger festen Substraten (auch Medien genannt) durchgeführt.
So werden chemische und klinisch-chemische Versuche meistens in Flüssigkeiten durchgeführt, während mikrobiologische und immunologische Versuche sowohl in flüssigen als in festen Substraten ausgeführt werden.
Die Durchführung chemischer oder klinisch-chemischer Untersuchungen in Flüssigkeiten erfordert den Zusatz abgemessener Mengen von Reagenzien oder Substanzen zu dem Behälter, beispielsweise zu dem Reagenzrohr, in dem der Versuch vor sich geht. Dieser Zusatz kann manuell, beispielsweise durch Pipettierung der betreffenden Reagenzien oder selbsttätig in sogenannten Autoanalyzers erfolgen, in denen die manuellen Vorgänge in automatischer, mechanischer Weise nachgebildet werden, beispielsweise indem Reagenzrohre an einem Drehtisch angebracht sind, der selbsttätig die Rohre nacheinander unter Zuführungskanäle für die abgemessenen Reagenzien stellt, die ihrerseits aus Vorratsbehälterfür die jeweiligen Reagenzien zugefiihrt werden,
von denen bestimmte Mengen selbsttätig lüt das Zusetzen abgemessen werden.
Dieses Abmessen der Reagenzien kann im voraus erfolgt sein.
Was mikrobiologische Untersuchungen betrifft, so hat man hier mit lebendigen Zellen zu tun, die besondere Massnahmen erfordern. Beispielsweise kann es leicht vorkommen, dass verunreinigende Mikroorganismen die Untersuchungen stören.
Verhältnismässig wenige verunreinigende Keime können genügen, um das Reaktionsergehnis in einem flüssigen Substrat zu stören, da sie sich leicht vermehren und sich durch die ganze Substratmasse ausbreiten.
So weiss man nicht, ob beispielsweise eine Trübung eines flüssigen Substrates auf das Wachsen verunreinigender Mikroben oder der am Versuch beteiligten Mikrobe zurückzuführen ist, und um dies festzustellen, muss man die zusätzliche Mühe und den Zeitaufwand in Kauf nehmen, die mit einer sekundären Aussaat auf einem festen Substrat und/oder einer mikroskopischen Untersuchung der betreffenden flüssigen Primärkultur, etwa nach Einfärben des Präparates, verbunden sind.
Mit einem festen Substrat verhält es sich dagegen anders, indem die Aussaat auf die Oberfläche eines solchen Substrates nicht mit diesen Schwierigkeiten verbunden ist, da die gegebenenfalls vorhandenen verunreinigenden Mikroben als abgetrennte Kolonien wachsen werden, die von den Kalonien der am Versuch beteiligten Mikrobe getrennt sind und sich leicht von diesen unterscheiden lassen. Die Anzahl der hervorgewachsenen verunreinigenden Kolonien richtet sich nach der Menge von inokulierten Keimen, und sie werden sich nicht wie in flüssigen Substraten vermehren und das ganze Substrat diffus durchdringen.
Die letztere Tatsache ist von Bedeutung für einen wichtigen Tatbestand bei den Sensitivitätsbestimmungen von Mikroben gegenüber Antibiotica. Eine sensitive Kultur wird meistens einen gewissen Anteil an resistenten Mikroben einschliessen.
Beim Hervorwachsen auf einem festen Substrat bleibt das ursprüngliche Verhältnis zwischen den Anteilen an empfindliche und resistenten Populationen in der Mikrobenkultur bestehen. In einem flüssigen Substrat wird dagegen dieses Verhältnis verschohen, indem sich die resistenten Mikroben vermehren und sich durch die ganze flüssige Substratmasse ausbreiten.
U. a. wegen dieser Tatbestände ist es von Vorteil, Sensitivitätsuntersuchungen von Mikroben an einem festen Substrat vorzunehmen.
Dies geschieht durch eine stufenweise Verdünnungs- oder Titriertechnik, bei der der Wirkstoff - in diesem Falle die verschiedenen Antibiotica - in verschiedenen Mengen oder Konzentrationen in das flüssige Substrat eingemischt werden, ehe dieses in Behältern erstarrt, beispielsweise in Petrischalen oder in durch Wände getrennten Kammern am Boden einer Petrisehale. Nach dem Erstarren werden sodann in diesen Petrischalen bzw. getrennten Kammern feste Substrate mit je einer Konzentration. der jeweiligen Antibiotica vorliegen.
Die Bestimmung der kleinsten wachstumshemmenden Konzentration eines Antibioticums, welche die festzustellende Grösse darstellt, erfolgt, nachdem jede Schale bzw. Kammer mit Antibioticum enthaltendem Substrat mit der Bakterienkultur inokuliert und die Inkubation abgeschlossen ist.
Für die grosse Anzahl von Versuchen, die in einem Routinelaboratorium in diagnostischer Hinsicht oder in der Industrie, in der potentielle Antibiotica bekannten Bakterienkulturen gegenüber geprüft werden, auszuführen sind, ist das erläuterte Verfahren aber umständlich und sowohl zeit- als arbeitsraubend, und man hat daher versucht alternative arbeitssparende Verfahren zu entwickeln.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art macht man Gebrauch von einer radialen Diffusion aus einem zentralen Wirkstoffdepot, beispielsweise einer den Wirkstoff enthaltenden Papierscheibe oder Tablette, oder einem Zylinder, der auf der Oberfläche des Substrates aufruht, und dem der Wirkstoff tropfenweise zugeführt wird. Während der freien, unbegrenzten radialen Diffusion von dem zentralen Wirkstoffdepot aus entsteht eine zeitabhängige Konzentrationsgradiente des Wirkstoffes. Die am Versuch beteiligte Bakterienkultur wird an einem solchen festen Substrat inokuliert, auf das sodann eine Reihe von Wirkstoffträgern mit verschiedenen Antibioticen als Ausgangspunkte für die Radialdiffusion angebracht werden.
Die Sensitivität wird auf Grund der Grösse des Durchmessers einer vorliegenden Hemmungszone ermittelt, um einen richtigen Ausdruck für die Sensitivität zu erhalten, ist es notwendig, diese Zonengrössen in Werte umzusetzen, welche die kleinste wachstumshemmende Konzentration ausdrücken.
Dies erfordert mühsame Versuche mit bekannten Konzentrationen als Bezugsgrössen.
Die Bestimmung der Grösse der wachstumshemmenden Zone erfordert eine visuelle Beobachtung und Bewertung durch den Laboranten, da sich das Verfahren nicht für eine selbsttätige maschinelle Bewertung eignet, wenn es darum geht, das entscheidende Kriterium, nämlich die Lage der Zonengrenze zu beurteilen.
Auch bei immunologischen Untersuchungen wird ein ähnliches Versuchsverfahren wie das oben beschriebene, die sogenannte radiale Immunodiffusion, benutzt.
Werden bei der Durchführung einer radialen Immunodiffusion mehrere Wirkstoffe zu nahe aneinander am gleichen Substrat angebracht, besteht die Gefahr, dass Wirkstoffe aus benachbarten Körpern interferieren und synergistische oder antagonistische Wirkungen ergeben können, die man nicht beherrschen kann.
Es ist zwar bekannt, Interferenzen dadurch zu vermeiden zu versuchen, dass ein Substrat mittels am Boden, beispielsweise einer Petrischale, ausgebildeter Trennwände aufgeteilt wird, oder mehr oder weniger aufgeteilte oder verzweigte Substrate mit auf den einzelnen Zweigen aufgetragenen Wirkstoffen benutzt werden. Wenn aber, wie es öfters der Fall sein wird, die Teilbereiche dem Diffusionsbereich gegenüber zu klein sind, tritt andererseits eine Wirkung ein, deren Vermeidung gerade wichtig ist, und zwar der sogenannte Rückpralleffekt, der unkontrollierbare Konzentrationsverteilungen mit daraus folgender Unsicherheit in der Ermittlung der Sensitivitätszonen verursachen kann.
Auch gibt man die mit den herkömmlichen Petrischalen oder large plates verknüpften Vorteile auf, die darin bestehen, dass eine Aussaat gleichmässig über die Sub stratoberfläche ausgestrichen werden kann und dass dies ausserdem in einem einzigen Vorgang vorgenommen werden kann, anstatt in einem neuen Arbeitsvorgang für jede Kammer.
Wie früher erwähnt, eignet sich ein mechanisches, selbsttätiges Untersuchungsverfahren, das sogenannte Autoanalyzer Verfahren, für chemische und klinisch-chemische Untersuchungen. Es wird auch vielfach bei serologischen und immunologischen Untersuchungen benutzt, eignet sich aber schlecht für mikrobiologische Versuche.
Dies ist u.a. in den schon erwähnten besonderen Verhältnissen begründet, welche dazu geführt haben, dass das mikrobiologische Gebiet bisher bei Verwendung bekannter Verfahren und Vorrichtungen schlecht für mechanische und selbsttätige Arbeitsvorgänge zugänglich gewesen ist. Daher sind bei Durchführung dieser Versuche immer noch manuelle Verfahren weitgehend in Gebrauch.
So können bei einem etwaigen mechanischen und automatischen Verfahren verunreinigende Keime ein Ergebnis verfälschen und zusätzliche Kontrollmassnahmen erfordern, da Autoanalyzers auf Flüssigkeitsbasis oder mit flüssigen Substraten arbeiten. Bei einem Transport von Zusatzstoffen und gegebenenfalls auch von Kulturen in Schläuchen wird ein solches mechanisches Verfahren der Gefahr von Störungen durch Verunreinigungen ausgesetzt.
Wenn es sich um eine Analyse patogener Mikroben handelt, muss man, insbesondere dann, wenn der Transport des eigentlichen kontagiösen Stoffes durch Schläuche und mechanische Teile erfolgt, grosse Vorsicht ausüben, um Situationen mit grosser Ansteckungsgefahr für das Personal zu vermeiden.
Das Sterilisieren und Reinigen nach durchgeführter Analyse, um die Apparatur in einer neuen Versuchsreihe, gegebenenfalls für andere Reaktionen zu benutzen, erfordert umständliche und mühsame, z.T. gefährliche Massnahmen.
Um den derzeitigen Stand noch weiter zu erläutern, kann erwähnt werden, dass die bei den verschiedenen Labortätigkeiten benutzten Verfahren und Arbeitspraktiken so unterschiedlich sind, dass sich dies notwendigerweise in der Konstruktion von Apparaturen für den selbsttätigen Betrieb wiederspiegeln muss. Dies ist denn auch der Fall für diejenigen Fachgebiete Chemie und klinische Chemie einerseits und Immunologie und Serologie andererseits - für welche Autoanalyzers konstruiert worden sind. Dies trifft sogar innerhalb des einzelnen Fachgebietes, insbesondere innerhalb der Immunologie und Serologie infolge der verschiedenen Arbeitsmethoden zu. Es ist also ein sehr komplexes Problem, das man bei der Konstruktion der Apparaturen für mikrobiologische Versuche berücksichtigen muss.
Es existiert auch sicher deshalb noch kein zuverlässiger Autoanalyzer für diese mikrobiologischen Versuche, weil die Verfahren als Ganzes von den anderen besprochenen Labordisziplinen so sehr verschieden sind, und weil die Verfahren auch untereinander eine grosse Variationsbreite in der technischen Ausführung aufweisen.
Deshalb gebraucht man bis jetzt für ein verzweigtes Programm von Laborverfahren unterschiedliche Apparaturen oder Sonderteile von Apparaturen, die der technischen Stufe der verschiedenen Prüfverfahren angepasst sind.
Es ist bekannt, dass eine automatische Einrichtung eine wirtschaftliche Belastung darstellt, die man berücksichtigen muss. Verteuernd wirkt auch der Bedarf an Lagerhaltung von Reserveteilen oder -einheiten für den Fall, dass eine Apparatur ausfällt.
Eine erschwerende Tatsache in diesem Zusammenhang ist die hohe Auswechselungshäufigkeit einer automatischen Apparatur. Dies hat seinen Grund in der gewaltigen Entwicklung und Veränderung, die bei den Laborverfahren stattfinden, wobei die neuen Erkenntnisse auf die Erfordernisse an Konstruktion und Aufbau der Apparatur einwirken.
Weiter liegt ein starkes Anwachsen der Anzahl der zur
Untersuchung eingeschickten Lahorprohen vor. das international zu etwa 15 ^/s jährlich geschätzt wird.
Diese Tatbestände verursachen einen gnssen Bedarf an weiter automatisierter und ärheitssparender Technik, und vor allen Dingen an Verbesserung und Vereinfachung von Ausrüstung und Analyseverfahren.
Aus der vorerwähnten Erörterung des Standes der Technik und der vorliegenden Bedürfnisse ist ersichtlich, dass in Zusammenhang mit der Durchführung der Versuche neue Verfahren und technische Lösungen der anstehenden Probleme sehr wünschbar sind.
Die Aufgabe hat darin bestanden, ein Verfahren und einen Wirkstofftragkörper zu schaffen, die ein möglichst allgemein verwendbares Vorgehen erlauben, an das die verschiedenen fachlichen Analysemethoden angepasst werden können. Mit anderen Worten soll die Versuchsausrüstung in ihrer Anwendung eine so grosse Anpassungsmöglichkeit haben, dass sie in technischer Hinsicht eine möglichst allgemeine Lösung für die verschiedenen erwähnten Fachgebiete erlaubt.
Es kommt sehr darauf an, dass die zu schaffende Ausrüstung unter den verschiedenen Bedingungen in einem arbeitssparenden und fachlich sicheren Verfahren mitwirken kann. Die Ausrüstung soll geeignet sein, an einen selbsttätigen Betriebsablauf angepasst und an datenverarbeitende Einrichtungen angeschlossen zu werden.
Man geht hier von einem festen oder halbfesten mikroporösen Substrat aus. Man zielt hierbei darauf ab, die Kapillarkraft oder das Diffusionsvermögen in diesen Substraten als eine selbstwirkende treibende Kraft für den Transport von Wirkstoff und die Mischung der an den Reaktionen beteiligten Komponenten auszunützen.
Das feste oder halbfeste mikroporöse Substrat hat zweckmässig einen hohen Wassergehalt, damit der Diffusionsmechanismus verwirklicht werden kann. Das Substrat kann anfänglich trocken sein und Wasser zugeführt bekommen. Es kann von einer gelatinierten Masse aus beispielsweise Stärke, Gelatin oder Silica bestehen, oder auf Zellstoffbasis hergestellt sein. Am meisten wird ein Agar-Gallert verwendet, das auch bei sehr hohem Wasserinhalt eine bedeutende mechanische Festigkeit aufweisen kann. Agar ist in chemischer Hinsicht sehr inert und ergibt ein für Diffusionsversuche gut geeignetes Substrat. Bei mikrobiologischen Versuchen kann das Substrat Nährstoffe enthalten und es muss dann vor der Inokulation steril sein.
Das Substrat befindet sich vorteilhaft in einem Behälter oder ist auf einer Unterlage angebracht, die bei mikrobiologischen Versuchen gewöhnlich eine Petrischale oder eine sogenannte large plate ist, während im Falle immunologischer Versuche Substrat und Unterlage auch aus einer sogenannten coated plate bestehen können.
Das Material, das an einem Versuch beteiligt sein soll, wird in bekannter Weise dem Substrat hinzugefügt. Das Material kann eine mikrobiologische Kultur oder ein immunologisches Agens oder auch ein Serum sein, oder es kann aus einem anderen biochemischen Agens oder auch einem chemischen Agens bestehen.
Diese an sich bekannte Zufuhr zum Substrat erfolgt bei mikrobiologischen Kulturen durch Inokulation, und was die übrigen genannten Komponenten betrifft, durch Zusetzen.
Inokulation oder Zusetzen kann auf die Oberfläche des Substrates oder durch Einmischen in die flüssige Substratmasse vor dem Erstarren erfolgen. Bei quantitativen Untersuchungen ist es wichtig, dass Inokulation, Zusetzen oder Einmischen in gleichmässiger Verteilung erfolgt.
Diese somit im Substrat verteilten Komponenten sollen entweder selbst untersucht werden, wenn die Reaktivität des noch an den Versuchen beteiligten Wirkstoffes bekannt ist, oder sie können umgekehrt als Bezugsmaterial dienen, wenn die Reaktivität des Wirkstoffes unbekannt ist und daher ermittelt werden soll.
Das erfindungsgemässe Verfahren dient somit zur Durchführung labormlissiger Diffusionsversuche, bei denen Wirkstoffe mittels Tragkörper mit einem festen oder halbfesten Substrat in Kontakt gebracht werden. Das Verfahren ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass man Tragkörper benützt, die mindestens mit einer senkrechten, im wesentlichen diffusionsdichten Wand ausgebildet sind, deren untere Kante wenigstens angenähert in einer Ebene verläuft, welche Tragkörper derart ausgebildet sind, dass sie auf ihrer einen Seite einen Raum wenigstens teilweise abgrenzen, und dass diese Tragkörper bis zum Boden eines Substrates hinunterreichen,
dass der Wirkstoff auf der genannten senkrechten Seite dadurch abgegeben wird, dass der Tragkörper entweder im voraus den Wirkstoff auf dieser Seite trägt oder Kanäle aufweist, durch welche der Wirkstoff eingeleitet wird, wodurch die Wirkung der Diffusion im
Substrat auf einen vom Tragkörper ganz oder teilweise umschlossenen anzeigbaren Bereich beschränkt wird.
Man erhält hiermit die Möglichkeit, in ein und demselben Substrat, nach Inokulation oderZusetzen eines Materials, das an der Untersuchung beteiligt sein soll, einfach durch das An bringen der Wirkstoff-Tragkörper geeignete kleine Reaktions bereiche abzugrenzen, in denen - wenn sie ganz von den Trag körpern umschlossen sind - sich in verhältnismässig kurzer
Zeit ein Diffusionsgleichgewicht mit einer gleichmässigen, be kannten Konzentration von Wirkstoff einstellt.
Ausserdem wird in diesen von den Wirkstoff-Tragkörpern begrenzten Bereichen des Substrates eine gleichmässige Konzentration des Materiales vorhanden sein, das im voraus dem Substrat zugeführt worden war, entweder um selbst untersucht zu werden, wenn die
Reaktivität des Wirkstoffes bekannt ist, oder umgekehrt, um als
Bezugsmaterial zu dienen, wenn die Reaktivität des Wirkstoffes unbekannt ist und ermittelt werden soll.
In einer abweichenden Ausführung, in der die Reaktionsbe reiche nicht ganz von den Tragkörpern umschlossen sind, kann das Verfahren ermöglichen, dass Interferenzwirkungen unter vorgegebenen Bedingungen erzielt werden, beispielsweise, um entscheiden zu können, ob der eine oder der andere Wirkstoff dem Inokulat oder einer anderen dem Substrat zugesetzten
Komponente gegenüber synergistisch oder antagonistisch zusammenwirkt oder nicht interferiert.
Was die beim erfindungsgemässen Verfahren zu benutzenden wirkstofftragenden Tragkörper betrifft, so haben sie eine im wesentlichen diffusionsdichte senkrechte Wand, deren untere Kante wenigstens angenähert in einer Ebene liegt, und die ganz oder teilweise einen unten offenen Raum umschliesst, was an sich nicht neu ist. Um im vorliegenden Falle ihre
Aufgabe erfüllen zu können, sind dagegen die Tragkörper erfindungsgemäss so ausgebildet, dass eine diesem Raum zugekehrte Fläche des Tragkörpers mit einem den Wirkstoff aufzunehmen bestimmten Belag versehen oder mit feinen
Kanälen oder Poren ausgebildet ist, die dazu geeignet sind, darin enthaltenen bzw. hindurchgeleiteten Wirkstoff an das
Substrat im genannten Raum abzugeben.
Die Wirkstoffe werden von der Wandung der Tragkörper in das Substrat auf deren Innenseite hinausdiffundieren und mit den Kulturen oder anderen Komponenten reagieren, die im Substrat verteilt sind, um gegebenenfalls das Wachstum zu verändern oder andere Wirkungen hervorzurufen. Dies kann aufgrund verschiedener biologischer, chemischer oder physikalisch-chemischer Erscheinungen festgestellt werden, die beispielsweise auf optischem Wege, d.h. durch visuelle Beobachtung und/oder photometrisch, also maschinell angezeigt werden.
Durch die Erfindung können mehrere Vorteile erzielt werden. Die Tatsache, dass die Ausrüstung mit Vorteil in festen oder halbfesten Substraten benutzt werden kann, macht sie als Versuchsausrüstung für die ganze eingangs erwähnte Reihe von Labordisziplinen verwendbar, d.h. für Untersuchungen mikrobiologischer, immunologischer, serologischer, klinischchemischer und anderer biochemischer und chemischer Art.
Dies ist mit den vorbekannten Einrichtungen nicht möglich gewesen. Was mikrobiologische Versuche betrifft, hat bisher keine Ausrüstung existiert, die sich für eine weitgehende Rationalisierung bzw. Automatisierung der Vorgänge eignet.
Eine Bewertung vom rein fachlichen Gesichtspunkt aus, zeigt, dass die Anwendung fester Substrate bei mikrobiologischen Versuchen vorteilhaft ist.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Wirkstoff-Tragkörper, die in der Zeichnung dargestellt sind, sowie von im Zusammenhang damit erläuterten Beispielen von Ausführungsformen und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Verfahrens hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Grundriss einer Petrischale mit darin eingesetzten Tragkörpern zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, wobei der Deckel nach der Linie I-I in Fig.
2 geschnitten ist,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-Hin Fig. l,
Fig. 3-5 verschiedene Ausführungsformen der Tragkörper im Längsschnitt,
Fig. 6 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Tragkörpers,
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform des Tragkörpers in schaubildlicher Darstellung,
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform des Tragkörpers in Ansicht und teilweise geschnitten,
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform des Tragkörpers im Längsschnitt,
Fig. 10 und 11 zwei weitere Ausführungsformen des Tragkörpers in schaubildlicher Darstellung,
Fig. 12 einen Querschnitt des Tragkörpers in Fig. 10 nach der Linie XII-XII,
Fig. 13 und 14 weitere Ausführungsformen des Tragkörpers im Grundriss sowie Ansicht und
Fig. 15 eine weitere Ausführungsform des Tragkörpers in schaubildlicher Darstellung.
In Fig. 1 bezeichnet 1 die Petrischale, die ein festes oder halbfestes mikroporöses Substrat 2 der eingangs erläuterten Art enthält, in das Wirkstoff-Tragkörper 3 eingesetzt sind. Die hier benutzte Ausführungsform der Tragkörper ist in Fig. 3 noch gesondert dargestellt. Das Substrat 2 ist im voraus mit einer Komponente, beispielsweise einer Aussaat oder einer Reaktionskomponente durchsetzt, auf welche von den Körpern 3 getragene Wirkstoffe einwirken sollen. Wie ersichtlich, sind die Tragkörper 3 zylindrisch, d.h.als Hülsen ausgebildet, wobei sie aus einer diffusionsdichten zylindrischen Wand bestehen, die auf ihrer Innenseite mit einem Belag 4 versehen ist, der eine bestimmte Dosis des jeweiligen Wirkstoffes enthält.
Der Belag 4 kann aus einer aufgetragenen Masse, in welche der Wirkstoff eingemischt ist, oder aus einem porösen Futter, beispielsweise auf Zellstoffbasis, wie Papier, bestehen, in dessen Poren der Wirkstoff absorbiert ist. Das Futter kann unten zweckmässig auf einem Absatz 5 ruhen. Die untere Kante der Hülse verläuft in einer Ebene, ist also ganz plan, damit sie gegen den Boden der Schale 1 gut abdichten kann, was für die meisten Anwendungen des Verfahrens wichtig ist, damit der Tragkörper 3 einen genau definierten Bereich, d.h. ein bestimmtes Volumen umschliesst, auf das das Ausdiffundieren des Wirkstoffes vom Belag 4 beschränkt wird.
Die Diffusion erfolgt nach dem Einsetzen des Körpers 3 in die Petrischale 1, bis sich ein Diffusionsgleichgewicht eingestellt hat, wobei der Wirkstoff in gegebener Konzentration auf die ebenfalls in gegebener Konzentration im Substrat enthaltene Komponente einwirkt.
Eine solche dichte Anlage des Tragkörpers 3 mit seiner unteren Stirnfläche am Boden der Petrischale list insbesondere bei quantitativen Versuchen von Bedeutung, während man bei qualitativen Versuchen meistens nicht so sehr darauf zu achten braucht.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ragen die Tragkörper 3 etwas über die Oberfläche des Substrates 2, d.h. die Körper 3 sind etwas höher als die Tiefe des Substrats, die im allgemeinen 0,5 cm oder weniger ist. Dies ist günstig, um eine sichere Abgrenzung vom Tragkörperinnern zum aussenliegenden Substrat zu gewährleisten. Eine grössere Höhe der Körper 3 gegenüber dem Substrat ist auch deshalb günstig, weil das Einsetzen der Körper 3 in die Petrischale 1 erleichtert wird, wenn dieses Einsetzen durch manuelles oder mechanisches Eindrücken erfolgt. Es ist auch vorteilhaft, um eine nicht dargestellte gemeinsame mechanische Halterung für die Tragkörper 3 in einem Traggerüst zum Einsetzen zu gestatten, wenn dies erwünscht sein sollte.
Ein mechanisches Eindrücken kann zweckmässig für alle einzusetzenden Körper 3 gemeinsam, beispielsweise mittels eines verschiebbaren Kolbens vorgenommen werden, welcher Kolhen dann an der erwähnten gemeinsamen Halterung angreift.
Das Eindrücken der Wirkstoff-Tragkörper 3 kann jedoch auch mittels magnetischer Kräfte erfolgen, wie es durch die französische Patentschrift 1 573 936 bekannt ist. Die Tragkörper 3 können dann zweckmässig mittels einer gemeinsamen Ausgabevorrichtung von oben auf das Substrat abgegeben werden und mittels des Kraftfeldes eines in der Unterlage für die Petrischale angebrachten Magneten durch das Substrat hindurch bis zum Schalenboden hinabgezogen werden.
Zu diesem Zwecke muss die Wand der Körper 3 aus magnetisierbarem Werkstoff bestehen oder einen solchen enthalten. In der Ausführung nach Fig. 3 ist der Tragkörper zu diesem Zwecke unten mit einem Eisenring 5 versehen, der gleichzeitig den Absatz für den Belag 4 bildet und der ausserdem nach unten konisch abgeschrägt ist, um das Eindringen in das Substrat 2 zu erleichtern.
Die Feststellung des Versuchsergebnisses kann einfach durch visuelle Beobachtung erfolgen, wenn sie an sich sichtbar zum Vorschein kommt, so wie es bei Wachstumsänderungen oder beispielsweise bei Farbenumschlag in klinisch-chemischen Reaktionen der Fall sein kann. Bei Reaktionen, die Veränderungen des pH-Wertes bewirken, beispielsweise Vergärungsreaktionen, kann dem Substrat oder dem Belag 4 ein Indikator zugesetzt sein, der bei erfolgter Reaktion einen Farbenumschlag verursacht. Es ist auch möglich, die Ergebnisse auf spektrofotometrischem Wege zu registrieren. Für diesen Zweck eignet sich die unten und oben offene Form der Tragkörper besonders gut, indem man die einzelnen von diesen umschlossenen Substratbereiche einfach durchleuchten kann.
Aber an sich wäre sowohl eine visuelle Beobachtung als auch eine fotooptische Anzeige für den Fall denkbar, dass oben geschlossene Tragkörper benutzt werden, zum Zwecke, das Austrocknen zu verzögern und die Gefahr dafür zu verringern, dass im Laufe der Inkubationszeit von mehreren Wochen bei 37 C das Substrat verunreinigt wird, indem in solchen Fällen die obere Abdeckung durchsichtig sein kann.
Wird die erwähnte gemeinsame Aufgabevorrichtung für die Körper 3 benutzt, die die Tragkörper 3 aus entsprechenden Speicherstapeln in bestimmte Positiqnen ans Substrat 2 abgibt, oder wird das erwähnte gemeinsame Traggerüst benutzt, so dass die jeweiligen auszuführenden Versuche durch die Anbringung der verschiedenen Tragkörper 3 in der Ausgabevorrichtung bzw. im Gerüst vorgegeben ist, kann man, wie in der vorerwähnten französischen Patentschrift erläutert, diese Positionen zur Identifikation der Vorgänge in einer automatischen oder halbautomatischen Ablesevorrichtung heranziehen, damit sie mit den jeweiligen Ergebnissen koordiniert werden können, um beispielsweise eine weitere Verarheitung in einer Rechenmaschine zu ermöglichen.
Das erfindungsgemlisse Verfahren liest sich dann sowohl in der Weise ausführen, dass die Tragkörper 3 voneinander verschiedene Wirkstoffe bestimmter Dosis, bekannter Konzentration tragen. beispielsweise, um die Einwirkung verschiedener Antibiotica auf das Wachstum einer auf das Substrat ausgesäten bzw. darin eingeimpften Baktenenkultur zu studieren, als auch in der Weise, dass die verschiedenen Tragkörper 3 den gleichen Wirkstoff in verschiedenen Dosen tragen, beispielsweise, um die kleinste wachstumshemmende Konzentration festzustellen.
Nach Gebrauch werden die Petrischalen 1, wie üblich verbrannt, und die Tragkörper 3 können dabei, von den Eisenteilen abgesehen, auch verbrannt werden, sofern sie aus einem geeigneten brennbaren Kunststoff hergestellt sind.
Im folgenden sollen einige Beispiele für die Durchführung des Verfahrens unter Verwendung der beschriebenen Tragkörper näher beschrieben werden.
Als erstes Beispiel sei die Fermentierung verschiedener Arten von sogenannten Zuckern durch Bakterien genannt. Dies ist eine Art von Versuchen, die dazu dient, verschiedene Bakterien auf Grund ihrer Einwirkung auf solche Zucker zu bestimmen.
Wenn eine Bakterie einen Zucker in saure Stoffe versetzt, nimmt der pH-Wert im Substrat ab, was durch einen Wechsel in der Farbe eines zugesetzten Indikators beobachtet werden kann. Wird beispielsweise ein Zucker einem festen Substrat als Fermentierungsbasis zugegeben und Bromothyl-Blau als Indikator verwendet, so ist das Ergebnis der Impfung, mit Bakterien, die Zucker zersetzten, und mit Bakterien, die dies nicht tun, dass die ersteren Bakterien auf der Oberfläche des Substrates wachsen und gelbe Kolonien bilden, während die letzteren Bakterien Kolonien mit derselhen blauen Farbe bilden, die das Substrat vor der Impfung hatte.
Für die Ausführung solcher Versuche bei der Verwendung der Tragkörper 3 kann man als Wirkstoffe in den Belägen 4 die verschiedenen Zuckerarten benutzen, während das Substrat 2 mit einer Mikrobensuspension oder einer Bouillonkultur geimpft wird, der eine Reinkultur der Mikroorganismen enthält. Nach dem Einsetzen der Tragkörper 3 in das Substrat 2 diffundieren dann die Zucker in die jeweiligen abgegrenzten Bereiche des Substrates hinaus, und auf Grund dessen, wo ein Farbenumschlag stattfindet, und wo nicht, erhält man somit Aufschluss über die inokulierten Bakterien.
Da die Bereiche, in denen die Einwirkung stattfindet, von den Tragkörpern 3 eingeschlossen sind, lassen sich diese Versuche leicht durchführen, obwohl das Hinausdiffundieren der Zucker ins von den Körpern 3 eingeschlossene Substrat 2 meistens so schnell vor sich geht, dass Diffusionsversuche herkömmlicher Art, bei denen Wirkstoffe mit Papierscheiben, Tabletten oder dergleichen eingebracht werden, nicht für solche Untersuchungen geeignet sind, da eine erfolgreiche Reaktion nicht stattfinden wird.
Bei diesem Versuch wird eine tatsächliche (positive) Fermentierungsreaktion durch Wechsel der Indikatorfarbe nach der Inkubation bei 37 "C während eines geeigneten Zeitraumes angezeigt, während keine (negative) Reaktion keine Veränderung der Farbe hervorruft.
Um die Wirkung im dargestellten Ausführungsbeispiel zeichnerisch zu veranschaulichen, ist in Fig. 1 ein Farbenumschlag innerhalb eines Tragkörpers 3' durch eine gestrichelte Schraffur angedeutet.
Als zweites Beispiel kann die Bestimmung der Empfindlichkeit von Bakterien gegen Antibiotica und Chemotherapeutica genannt werden, d.h. für Untersuchungen, die auch früher als Diffusionsversuche durchgeführt wurden, wobei die betreffenden Wirkstoffe mit sogenannten Festblättchen oder Tabletten auf das Substrat aufgelegt wurden und nach Inkubation die Durchmesser der Wirkungs- oder Inhibitionszonen gemessen wurden.
Im Gegensatz zu diesen Verfahren macht es die Erfindung möglich, derartige Bestimmungen in einfacher Weise mittels einer Titriermethode durchzufiihren. Die verschiedenen Tragkörper 3 werden zu diesem Zweck mit verschiedenen Wirkstoffen, beispielsweise Antibiotica, versehen und in ein Substrat 2 eingesetzt, das mit der zu untersuchenden Kultur geimpft ist. Beobachtet wird dann die niedrigste Konzentration, bei welcher bei der Inkubation kein Wachstum auftritt, vorausgesetzt. dass die betreffenden Bakterien gegenüber dem jeweils vorliegenden Antibiotietim empfindlich sind.
Solche Versuche lassen sich sowohl zu dem Zwecke, die Empfindlichkeit einer zu untersuchenden Bakterie zu bestimmen, als zu dem Zwecke, die niedrigste Konzentration eines Antibioticums zu bestimmen, mit der sie einer Bakterie mit bekannten Eigenschafen gegenüber wachstumshemmend wirkt, durchführen.
In entsprechender Weise lassen sich auch immunologische Versuche ausführen, indem die Tragkörper 3 mit einem Antistoff und das Substrat 2 mit einem Antigen oder einem ein Antigen enthaltenden Stoff versehen werden, oder umgekehrt.
Es ist auch möglich. zur Bestimmung von Wachstumsfaktoren wachstumsbeschleunigende Substanzen als Wirkstoffe in den Tragkörpern vorzusehen. Nach dem Einsetzen der Tragkörper in das geimpfte Substrat werden dann durch die Diffusion dieser Substanzen in das Grundsubstrat in der Schale neue Substanzen in den Tragkörpern erzeugt, die verschieden sind von denen. die ursprünglich darin waren. Diese neuen Substrate bestehen aus dem Grundsubstrnt und einer oder mehreren zusätzlichen unterschiedlichen Komponenten, die von der Anzahl der wachstumsbeschleunigenden Substanzen in den Tragkörpern abhängen. Es werden somit verschiedene Substrate in einer Schale erzeugt.
Man beobachtet dann die geimpfte Bakterienkultur in den verschiedenen Tragkörpern, um zu sehen, ob sie mit vergrössertem, unverändertem oder möglicherweise verringertem Wachstum in Abhängigkeit vom Zusatz der verschiedenen Substanzen reagieren. Diese Arbeitsweise kann für diagnostische Zwecke oder für rein experimentelle Zwecke benutzt werden.
In Fig. 4 ist die Möglichkeit angedeutet, dass der Belag 4, der den Wirkstoff enthält, nicht selbst die Innenwandung des Tragkörpers 3 bildet, sondern in einem Hohlraum liegt, der nach Innen durch eine perforierte Lamellenwand 7 begrenzt ist.
Der Wirkstoff kann beispielsweise ein Zuckern ursprünglicher Form sein, oder in einem Futter absorbiert oder mit einer inerten Masse gemischt sein. Der Wirkstoff diffundiert durch die perforierte Lammellenwand 7 in das Substrat 2 in den vom Tragkörper 3 umschlossenen Raum, wenn dieser in das geimpfte Substrat 2 eingesetzt ist.
Für den Fall, dass das erwähnte Magnetfeld zu schwach bzw.
das Substrat 2 sehr schwer für einzusetzende Tragkörper 2 durchdringlich ist, kann eine grössere Masse von magnetisierbarem Metall den Tragkörpern 2 einverleibt werden, wie es mit einem einfachen Ring 5 bzw. einer Ausführung der diffusionsdichten Wand aus magnetisierbarem Metall erzielbar ist.
Hierfür kann eine solche Wand, wie in Fig. 5 dargestellt, oben mit einem Kragen 12 ausgebildet werden, der so hoch liegt, dass er nicht mit dem Substrat 2 in Berührung kommen kann.
Während Fig. 5 einen Kragen rechteckigen Querschnitts zeigt, ist in Fig. 6 ein solcher Kragen 12 mit dreieckigem Querschnitt dargestellt.
Bei solch ausgebildeten Körpern 3 kann, um ein Kippen beim Aufsitzen auf dem Boden der Schale 1 zu vermeiden, der Tragkörper, wie in Fig. 7 dargestellt, mit beispielsweise vier Stützen 13 versehen sein.
In der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform ist der hülsenförmige Wirkstoff-Tragkörper 3 mit einem mittig angebrachten Organ 10 versehen, das von einem radialen Armkreuz 11 getragen -ist, das bei einem in ein Substrat 2 eingesetzten Körper 3 oberhalb des Substrat-Spiegels liegt. Das Organ 10 kann auf seiner Oberfläche mit einem Belag versehen sein, der einen Wirkstoff enthält, der demjenigen im Futter4 an der Innenseite der Hülse entspricht. Auf diese Weise wird das Diffusionsgleichgewicht in der vom Körper eingeschlossenen Substratmasse sehr schnell erreicht. Alternativ hierzu können verschiedene diffundierende Substanzen im Futter 4 und an der Oberfläche des Organs 10 verwendet werden.
Es ist auch möglich, das Organ 10 nach Fig. 8 hohl auszubilden und mit Löchern zu versehen. In diesem Fall wird der diffundierende Stoff entweder bereits während der Hersteilung des Körpers 3 oder erst bei Verwendung des
Körpers 3 eingebracht. Wirkstoffträger 3 der letztgenannten Art werden also mit einem Wirkstoff im Belag 4, jedoch ohne
Wirkstoff im Organ 10 hergestellt. Dadurch wird eine
Forderung für bestimmte Situationen, beispielsweise für
Experimente erfüllt, bei denen der Experimentator wünscht, bestimmte zu untersuchende Stoffe selbst zuzufügen. Dies kann dann dadurch geschehen, dass man diese Stoffe in den Hohlkörper 10 tropfen lässt. Eine solche Hinzufügung dieser Stoffe kann nach Bedarf sogleich nach dem Einsetzen des Körpers 3 ins Substrat 2 oder auch nachträglich, beispielsweise nach einer gewissen Inkubationszeit, erfolgen.
In diesem Zusammenhang sei jedoch erwähnt, dass in gewissen Fällen, wo das Aufbringen eines nachträglich zuzusetzenden Stoffes auf die Substratoberfläche nicht stört, ein solches Zusetzen auch direkt durch die obere Öffnung eines Tragkörpers 3 auf das vom Körper 3 eingeschlossene Substrat erfolgen kann.
Auch der in Fig. 9 dargestellte Tragkörper 3 ist für
Experimentierzwecke geeignet und erfüllt entsprechende
Erfordernisse für eine Verwendung, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 8 erwähnt wurde. Ein Wirkstoff lässt sich von oben in den trichterförmig erweiterten Teil 8 des hülsenförmigen Tragkörpers 3 tropfen. Er diffundiert sodann durch die perforierte Innenwand 7 in die Substratmasse hinein. Diese mit gekreuzten Linien gezeigte Perforierung der Innenwand 7 erstreckt sich hier nur bis zu einem Teil der Höhe des Tragkörpers, während ein oberer, gestrichelt dargestellter Bereich 9 dieser Wand 7 dicht ist, damit ein Herausfliessen auf die Substratoberfläche, das die Ergebnisse bzw. deren Beobachtung stören könnte, verhindert wird.
Die Ausbildung der Tragkörper 3 kann den zeitlichen Verlauf des Diffusionsvorganges beeinflussen, wie in Fig. 8 mit dem Organ 10 erläutert wurde. Die für die bisher besclrriebe- nen Ausführungsformen der I(örper 3 gewählte runde Querschnittform hat den Vorteil, dass man damit ein maximales Substratvolumen relativ zum Aufwand einschliessen kann. Es ist aber auch möglich, verschiedene andere Querschnittsformen zu wählen, z.B. um besondere Wirkungen zu erzielen, insbesondere die Zeit bis zum erreichten Diffusions Gleichgewicht zu verlängern oder zu verkürzen. So zeigt Fig. 10 einen Tragkörper 3 von einer länglichen rechteckigen Form.
Wird hier ein einen Wirkstoff enthaltender Belag 4 nur an der einen Schmalseite angebracht, vollzieht sich die Diffusion am I(örper 3 entlang bis zur gegenüberliegenden schmalen Wandung. Wird aber ein den Wirkstoff enthaltender Belag 14 auch oder stattdessen auf der einen oder beiden Längsseiten angebracht, wie in den Fig. 10 und 12 angedeutet, wird das Diffusionsgleichgewicht sehr schnell erreicht.
Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen die Tragkörper 3 jeweils nur einen Substratbereich einschliessen, ist es auch möglich, die Tragkörper 3 mit Querwänden nach Fig. 11 zu versehen, so dass einzelne Kammern gebildet werden, um je einen Wirkstoff bzw. je eine Konzentration des gleichen Wirkstoffes an die einzelnen durch die Kammern eines Körpers geschlossenen Substratbereiche abzugeben.
In Fig. 12, das den Ausführungsformen nach Fig. 10 und 11 gemeinsam ist, ist eine Leiste 15 aus magnetisierbarem Werkstoff gezeigt, die inbezug auf Querschnitt und Wirkungsweise dem Ring 5 in den Fig. 3 und 4 und 9 entspricht.
Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der Körper 3 die jeweiligen Reaktionen auf bestimmte vom Körper 3 eingeschlossene Bereiche begrenzt sind, können, wie eingangs erwähnt, die Tragkörper auch so ausgebildet werden, dass sie Substratbereiche nur teilweise umschliessen. Dadurch wird nur das erste Stadium der Diffusion gesteuert und in eine bestimmte Richtung geleitet, während das Endstadium der Diffusion frei und unbeschränkt ist. Ein Beispiel dafür ist in den Figuren 13 und 14 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Tragkörper 3 mit Einbuchtungen 16 versehen, die durch kleine Löcher 18 mit senkrechten Bohrungen 19 in Verbindung stehen. Letztere können entweder bei der Herstellung des Körpers 3 mit Wirkstoffen gefüllt werden, oder man kann die Wirkstoffe, die man benutzen oder untersuchen will, während des Versuches in die Löcher 19 einführen.
Dies erfolgt dadurch, dass man die die Wirkstoffe enthaltenden Flüssigkeiten in die Bohrungen 19 eintropft. Die Wirkstoffe diffundieren dann mit der Zeit durch die Löcher 18 radial nach aussen in das Substrat.
Die Diffusion wird sich dann weiter nach aussen ausbreiten, wobei ihre Richtung durch die Form und Grösse der bogenförmigen Begrenzung der Einbuchtungen 16 bestimmt wird. Erst wenn ein späteres Stadium erreicht wird, und zwar wenn eine Ausbreitung der Diffusion ausserhalb der Spitzen der Körper 3 nach Fig. 13 gelangt, wird sie in allen Richtungen unkontrolliert. Tragkörper 3 dieser Aiusführung eignen sich insbesondere für das Studium synergistischer und antagonistischer Wirkungen.
Wie in Fig. 13 dargestellt, ist der Tragkörper 3 in diesem Falle in der Mitte hohl, um das Einsetzen in ein Substrat 2 zu erleichtern.
Fig. 15 zeigt einen Tragkörper, der aus sternförmig zusammengestellten senkrechten flachen Wänden 17 besteht.
Die Wirkstoffe werden hier auf die Wände 17 aufgebracht, so dass auch in diesem Falle zunächst ein gesteuertes und daraufhin ein unkontrolliertes Ausbreiten der Diffusion stattfindet.
Zusätzlich zu den im einzelnen beschriebenen Ausführungsformen der Tragkörper 3 sind natürlich viele weitere Ausführungen möglich. Insbesondere sind Merkmale, die im Zusammenhang mit einer bestimmten Ausführung beschrieben sind, auch bei den übrigen Ausführungsformen verwendbar, soweit nicht aus dem Zusammenhang etwas anderes hervorgeht. Weiter ist es beispielsweise möglich, besondere Vorkehrungen zu treffen, damit die Tragkörper 3 am Boden der Substratschale 1 haften. Wird ein Zusammenwirken verschiedener Wirkstoffe erst nach einem gewissen Ausdiffundieren erwünscht, kann dies anstatt in der in den Figuren 13-15 veranschaulichten Weise auch so erfolgen, das der Raum in einem nach aussen ganz geschlossenen Tragkörper in mehrere Abteilungen teilweise aufgeteilt wird, in denen die jeweiligen Wirkstoffe zunächst gesondert hinausdiffundieren, um sich danach zu vereinigen.
Und obwohl für das mittels der Tragkörper 3 durchzuführende Verfahren besondere Anwen dungsgebiete hervorgehoben sind, sind die Tragkörper für eine grosse Anzahl vom mikrobiologischen, serologischen, immunologischen, klinisch-chemischen und anderen Untersuchungen verwendbar. In diesem- Zusammenhang soll besonders darauf hingewiesen werden, dass die Tragkörper sowohl mit Substanzen, die schnell diffundieren, als auch mit solchen die langsam in das jeweilige Substrat diffundieren, verwendet werden können, wobei je nach Bedarf und Arbeitsbedingungen das Ergebnis unter visueller Kontrolle und/oder mit automatischer Ablesung bzw. mit automatischer Speicherung der gewonnenen Informationen, beispielsweise für die Behandlung in einer elektronischen datenverarbeitenden Anlage erfasst werden kann.
Das Verfahren eignet sich für Versuche in-kleinemç aber auch in grossem Masstab, umso mehr, weil mit Tragkörpern in geschlossener Ausführung die einzuschliessenden Bereiche sehr dicht beieinander liegen können, so dass es möglich ist, eine grosse Anzahl von Einzelreaktionen gleichzeitig-und.gut vergleichbar mit einem und demselben Substrat zu verwirklichen.
Die Ausrüstung wird .Gegenstände aufweisen, die für den einmaligen Gebrauch bestimmtsind, welche die Laboratorien gebrauchsfertig anschaffen köunen.'Die Ausrüstung kann platzersparend ausgebildet sein. Sie kann in grossen Serien hergestellt werden, was auch für das-Abmessen der Wirkstoffe von Bedeutung ist. Die grossen Serien:eignen sich gut für eine
Standardisierung. Die Testdosen-können eine gute Qualität, d.h. Gleichartigkeitund Reinheit der Wirkstoffe aufweisen. Die
Testdosen können auch mit einergenauen Dosierung des
Wirkstoffes hergestellt werden.
Es wird eine mühsame unil zeitraubende Pipettierung und
Abmessung der Wirkstoffe in den Laboratorien vermieden, gleichgültig ob sie manuell oder mechanisch, bzw. automatisch mit herkömmlicher Autoanalyzer -Ausrüstung geschieht.
Weiter vermeidet man die zeitraubende Reinhaltung der Laborausrüstung; die mit dem Abmessen von Wirkstoffen in den Laboratorien verknüpft ist.
Man kann mit der neuen Ausrüstung sowohl quantitative als auch qualitative Untersuchungen ausführen.
Eine günstige erzielbare Wirkung ist die von der Wandung des ins Substrat eingesetzten Tragkörpers in das vom Tragkörper umschlossene Substratvolumen stattfindende
Diffusion, bei welcher der Reaktionsbereich, beispielsweise die
Substratoberfläche bei mikrobiologischen Versuchen, nicht beeinträchtigt wird. Durch die Benutzung der Diffusion zum Verteilen der Wirkstoffe in gleichmässiger Konzentration im
Reaktionsvolumen, wobei sie mit den anderen, an den
Reaktionen beteiligten Komponenten in Berührung kommen, hat man den Vorteil eines sehr einfachen und platzsparenden
Verteilungsmechanismus. Man vermeidet die Notwendigkeit dafür eine besondere - manuell oder automatisch betätigte
Ausrüstung mechanischer Art zu benutzen, die Platz und Aufwand für Transport und Verteilung der Wirkstoffe erfordert.
Da mit Vorteil mehrere Tragkörper im Substrat in einem Behälter, z.B. einer Petrischale angebracht werden können, wird die Verteilung der in diesen einzuführenden, an der Untersuchung beteiligten Komponente in einem gemeinsamen Vorgang für alle in der Schale anzubringenden Tragkörper erfolgen. Zusätzlich zu der Arbeitsersparnis trägt dies dazu bei, für die mit den einzelnen Tragkörpern in der Schale auszuführenden Versuche bessere vergleichbare Verhältnisse zu erzielen.
Es ist auch noch der Vorteil vorhanden, dass die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens gut mit den heute üblichen Laborausrüstungen und -techniken, wie beispielsweise der Verwendung von Petrischalen, Substraten usw. vereinbar ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren und der Tragkörper stellen eine neue Technik dar, die sich zum ersten Mal zur allgemeinen Anwendung einer Autoanalyzer -Technik eignet, gleichgültig, ob es sich um mikrobiologisohe, immunologische, klinisch-chemische oder andere biochemische oder chemische Untersuchungen handelt. Das System weicht ganz von den Bekannten ab. Es werden einmal zu verwendende Artikel benutzt, die in hohem Grade eine Normung und kontrollierte Dosierung gestatten. So können die Wirkstoffträger mit den Wirkstoffen mitVorteil - gegebenenfallsin Vakuumpackungen in Magazinen in den Handel gebracht werden, mit je einer Art von Wirkstoffen in jedem Magazin.
Zusätzlich zur Platzersparnis wird dadurch auch die Sicherheit gegen Verwechslung erhöht.
Das System ist flexibel, man kann von einer Testart zur anderen wechseln, sogar von mikrobiologischen Untersuchungen zu klinisch-chemischen Analysen, lediglich durch Austausch der Tragkörpermagazine in den Ausgabevorrichtungen.
Dagegen sollte man mit den jetzigen Systemen möglichst grosse Serien gleichartiger Tests durchführen, wenn man einmal angefangen hat. Wenn nicht, wird die Arbeit von der erforderlichen zeitraubenden Reinigung unterbrochen, die vorgenommen werden muss, damit eine neue Testart betrieben werden kann.
Man kann mit dem vorliegenden System leicht zwischen manuellem und automatischem Betrieb wechseln, was mit den -herkömmlichen Autoanalyzers nicht möglich ist. Bei den letzteren Systemen können an der Apparatur leicht Fehler auftreten, während beim vorliegenden System die Apparatur einfach und robust ist.
Konventionelle Autoanalyzer -Systeme eignen sich-nicht für mikrobiologische Untersuchungen, weil die-Kanalsysteme in der Apparatur von einem etwaigen infektiösen Stoff verunreinigt werden würde. Umgekehrt können durch solche
Kanalsysteme leicht auch verunreinigende Mikroben in das mikrobiologische Prüfmaterial eingeführt werden, so dass das
Ergebnis wegen der raschen Vermehrung verunreinigender
Mikroben wertlos wird, da die Vermehrung sehr leicht in den flüssigen Substraten stattfinden kann, welche die Kanalsysteme durchfliessen.
Eine Schwäche bei den existierenden Systemen ist eine sog.
Carry over -Wirkung. Wenn eine Probe mit hohem Titer einer solchen mit niedrigem Titer unmittelbar vorangeht, kann Stoff mit hohem Titer aus der ersten Probe, von dem ein wenig im Kanalsystem verblieben ist, die Probe mit niedrigem Titer anstecken und das Ergebnis derselben auf einen höheren Wert als den richtigen verschieben. Dies erfordert eine zeitraubende und mühsame Spültechnik. Entsprechende Fehlerquellen und Nachteile kommen beim vorliegenden System überhaupt nicht vor.
Laboratory tests are often carried out either in liquids or liquid substrates or in more or less solid substrates (also called media).
Chemical and clinical-chemical tests are mostly carried out in liquids, while microbiological and immunological tests are carried out in both liquid and solid substrates.
The performance of chemical or clinical-chemical investigations in liquids requires the addition of measured amounts of reagents or substances to the container, for example to the reagent tube, in which the experiment is taking place. This addition can be done manually, for example by pipetting the reagents in question, or automatically in so-called autoanalyzers, in which the manual processes are simulated in an automatic, mechanical manner, for example by attaching reagent tubes to a turntable that automatically moves the tubes one after the other with feed channels for the measured Provides reagents, which in turn are supplied from storage containers for the respective reagents,
from which certain amounts are automatically measured out when adding.
This measurement of the reagents can be done in advance.
As far as microbiological examinations are concerned, one is dealing with living cells that require special measures. For example, it can easily happen that contaminating microorganisms interfere with the tests.
Relatively few contaminating germs can be sufficient to disturb the reaction result in a liquid substrate, since they multiply easily and spread through the entire substrate mass.
For example, one does not know whether a clouding of a liquid substrate is due to the growth of contaminating microbes or the microbe involved in the experiment, and in order to determine this, one has to accept the additional effort and time invested with a secondary sowing on one solid substrate and / or a microscopic examination of the liquid primary culture in question, for example after the preparation has been colored.
With a solid substrate, on the other hand, the situation is different, in that sowing on the surface of such a substrate is not associated with these difficulties, since any contaminating microbes that may be present will grow as separated colonies that are separate from the calonies of the microbe involved in the experiment and can be easily distinguished from these. The number of contaminating colonies that have grown out depends on the number of germs inoculated, and they will not multiply as in liquid substrates and diffusely penetrate the entire substrate.
The latter fact is of importance for an important fact in the determination of the sensitivity of microbes to antibiotics. A sensitive culture will usually include a certain proportion of resistant microbes.
When growing out on a solid substrate, the original ratio between the proportions of sensitive and resistant populations in the microbial culture is retained. In a liquid substrate, on the other hand, this relationship is negated by the fact that the resistant microbes multiply and spread through the entire liquid substrate mass.
I.a. because of these facts it is advantageous to carry out sensitivity studies of microbes on a solid substrate.
This is done using a step-by-step dilution or titration technique, in which the active ingredient - in this case the various antibiotics - are mixed into the liquid substrate in various amounts or concentrations before it solidifies in containers, for example in Petri dishes or in chambers separated by walls Bottom of a petri dish. After solidification, solid substrates, each with a concentration, are then placed in these Petri dishes or separate chambers. the respective antibiotics are available.
The smallest growth-inhibiting concentration of an antibiotic, which represents the size to be determined, is determined after each dish or chamber with substrate containing antibiotic has been inoculated with the bacterial culture and the incubation has been completed.
For the large number of tests that have to be carried out in a routine laboratory from a diagnostic point of view or in industry in which potential antibiotics are tested against known bacterial cultures, the method explained is cumbersome and both time-consuming and labor-consuming, and attempts have therefore been made to develop alternative labor-saving processes.
In a known method of this type, use is made of a radial diffusion from a central active substance depot, for example a paper disk or tablet containing the active substance, or a cylinder which rests on the surface of the substrate and to which the active substance is added dropwise. During the free, unlimited radial diffusion from the central agent depot, a time-dependent concentration gradient of the agent arises. The bacterial culture involved in the experiment is inoculated on such a solid substrate, on which a number of active ingredient carriers with various antibiotic agents are then applied as starting points for the radial diffusion.
The sensitivity is determined on the basis of the size of the diameter of an existing inhibition zone. In order to obtain a correct expression for the sensitivity, it is necessary to convert these zone sizes into values which express the smallest growth-inhibiting concentration.
This requires laborious experiments with known concentrations as reference values.
Determining the size of the growth-inhibiting zone requires visual observation and evaluation by the laboratory technician, since the method is not suitable for automatic machine evaluation when it comes to assessing the decisive criterion, namely the location of the zone boundary.
A test method similar to that described above, known as radial immunodiffusion, is also used in immunological investigations.
If several active ingredients are attached too close to one another on the same substrate when performing a radial immunodiffusion, there is a risk that active ingredients from neighboring bodies will interfere and produce synergistic or antagonistic effects that cannot be controlled.
It is known to try to avoid interference by dividing a substrate by means of partition walls formed on the floor, for example a Petri dish, or by using more or less divided or branched substrates with active ingredients applied to the individual branches. But if, as will often be the case, the sub-areas are too small compared to the diffusion area, on the other hand an effect occurs which is precisely what is important to avoid, namely the so-called rebound effect, the uncontrollable concentration distributions with the resulting uncertainty in the determination of the sensitivity zones can cause.
The advantages associated with conventional Petri dishes or large plates are also given up, which consist in the fact that a seed can be spread evenly over the substrate surface and that this can also be done in a single operation instead of in a new operation for each chamber .
As mentioned earlier, a mechanical, automatic test method, the so-called auto-analyzer method, is suitable for chemical and clinical-chemical tests. It is also widely used in serological and immunological tests, but is poorly suited for microbiological tests.
This is i.a. This is due to the special circumstances already mentioned, which have led to the fact that the microbiological field has hitherto been difficult to access for mechanical and automatic work processes using known methods and devices. Therefore, manual methods are still widely used in performing these experiments.
In any mechanical and automatic process, contaminating germs can falsify a result and require additional control measures, since autoanalyzers work on a liquid basis or with liquid substrates. When transporting additives and possibly also cultures in hoses, such a mechanical process is exposed to the risk of disturbances due to contamination.
When analyzing pathogenic microbes, great care must be exercised, especially when the actual contagious substance is transported through hoses and mechanical parts, in order to avoid situations with a high risk of infection for the personnel.
The sterilization and cleaning after the analysis has been carried out in order to use the apparatus in a new series of experiments, possibly for other reactions, requires cumbersome and laborious, partly dangerous measures.
In order to explain the current state of affairs even further, it can be mentioned that the procedures and working practices used in the various laboratory activities are so different that this necessarily has to be reflected in the design of equipment for automatic operation. This is also the case for those fields of chemistry and clinical chemistry on the one hand and immunology and serology on the other - for which autoanalyzers have been designed. This is even true within the individual subject area, especially within immunology and serology due to the different working methods. It is therefore a very complex problem to be taken into account when designing the equipment for microbiological experiments.
There is certainly still no reliable autoanalyzer for these microbiological experiments, because the processes as a whole are so very different from the other laboratory disciplines discussed, and because the processes also vary widely in terms of their technical execution.
For this reason, different devices or special parts of devices that are adapted to the technical level of the various test methods have been used up to now for a branched program of laboratory processes.
It is well known that having an automated facility is an economic burden to consider. The need to store spare parts or units in the event that an apparatus fails also increases the price.
An aggravating fact in this connection is the high frequency of replacement of an automatic apparatus. This is due to the tremendous development and change that is taking place in laboratory procedures, with the new findings affecting the design and construction requirements of the apparatus.
There is also a strong increase in the number of
Investigation of the sent Lahorprohen. which is estimated at around 15 ^ / s annually internationally.
These facts cause a great need for further automated and energy-saving technology, and above all for improvement and simplification of equipment and analysis methods.
From the above-mentioned discussion of the prior art and the present needs, it can be seen that new methods and technical solutions to the problems at hand are very desirable in connection with the implementation of the tests.
The task consisted in creating a method and an active substance carrier that allow a procedure that can be used as generally as possible, to which the various technical analysis methods can be adapted. In other words, the experimental equipment should be so adaptable in its application that it allows the most general possible solution for the various fields mentioned in technical terms.
It is very important that the equipment to be created can contribute to a labor-saving and technically safe process under the various conditions. The equipment should be suitable to be adapted to an automatic operating sequence and to be connected to data processing facilities.
A solid or semi-solid microporous substrate is assumed here. The aim here is to use the capillary force or the diffusivity in these substrates as a self-acting driving force for the transport of active ingredient and the mixture of the components involved in the reactions.
The solid or semi-solid microporous substrate expediently has a high water content so that the diffusion mechanism can be implemented. The substrate can initially be dry and water can be added. It can consist of a gelatinized mass of, for example, starch, gelatin or silica, or it can be made on a cellulose basis. Most often, an agar gel is used, which can have a significant mechanical strength even with very high water content. Agar is chemically very inert and makes a well-suited substrate for diffusion experiments. In microbiological tests, the substrate can contain nutrients and it must then be sterile before inoculation.
The substrate is advantageously located in a container or is attached to a base which, in microbiological experiments, is usually a Petri dish or a so-called large plate, while in the case of immunological tests the substrate and base can also consist of a so-called coated plate.
The material to be used in an experiment is added to the substrate in a known manner. The material can be a microbiological culture or an immunological agent or also a serum, or it can consist of another biochemical agent or also a chemical agent.
This supply to the substrate, which is known per se, takes place in microbiological cultures by inoculation and, as regards the other components mentioned, by adding.
Inoculation or addition can take place on the surface of the substrate or by mixing into the liquid substrate mass before solidification. In the case of quantitative investigations, it is important that inoculation, addition or mixing is carried out evenly.
These components, which are thus distributed in the substrate, should either be examined by oneself if the reactivity of the active substance still involved in the tests is known, or conversely, they can serve as reference material if the reactivity of the active substance is unknown and should therefore be determined.
The method according to the invention thus serves to carry out laboratory diffusion tests in which active substances are brought into contact with a solid or semi-solid substrate by means of support bodies. According to the invention, the method is characterized in that support bodies are used which are designed with at least one vertical, essentially diffusion-proof wall, the lower edge of which runs at least approximately in a plane, which support bodies are designed in such a way that they have at least one space on one side partially delimit, and that these support bodies reach down to the bottom of a substrate,
that the active ingredient is released on the aforementioned vertical side in that the support body either carries the active ingredient on this side in advance or has channels through which the active ingredient is introduced, whereby the effect of diffusion in the
Substrate is limited to a displayable area completely or partially enclosed by the support body.
This gives you the option, after inoculation or addition of a material that is to be involved in the investigation, in one and the same substrate, simply by attaching the active substance carrier to delimit suitable small reaction areas in which - if they are entirely from the wear bodies are enclosed - in a relatively short
Time sets a diffusion equilibrium with a uniform, known concentration of active ingredient.
In addition, in these areas of the substrate delimited by the active ingredient carriers, there will be a uniform concentration of the material that was previously supplied to the substrate, either in order to be examined if the
Reactivity of the active ingredient is known, or vice versa, as
To be used as reference material when the reactivity of the active ingredient is unknown and needs to be determined.
In a different embodiment, in which the reaction areas are not completely enclosed by the support bodies, the method can enable interference effects to be achieved under specified conditions, for example in order to be able to decide whether one or the other active substance should be added to the inoculate or another added to the substrate
Component interacts synergistically or antagonistically or does not interfere.
As far as the active substance-carrying support bodies to be used in the process according to the invention are concerned, they have an essentially diffusion-tight vertical wall, the lower edge of which lies at least approximately in one plane, and which completely or partially encloses a space open at the bottom, which is not new in itself. To be yours in the present case
In order to be able to fulfill the task, the support bodies are designed according to the invention in such a way that a surface of the support body facing this space is provided with a coating intended to receive the active substance or with a fine coating
Channels or pores is formed which are suitable for the active ingredient contained therein or passed through to the
Submit substrate in said room.
The active ingredients will diffuse from the wall of the support body into the substrate on the inside and react with the cultures or other components that are distributed in the substrate in order to change the growth or cause other effects if necessary. This can be determined on the basis of various biological, chemical or physico-chemical phenomena, for example by optical means, i.e. can be displayed by visual observation and / or photometrically, i.e. by machine.
Several advantages can be achieved by the invention. The fact that the equipment can be used with advantage in solid or semi-solid substrates makes it usable as experimental equipment for the whole series of laboratory disciplines mentioned at the beginning, i.e. for examinations of microbiological, immunological, serological, clinical chemical and other biochemical and chemical types.
This was not possible with the previously known devices. As far as microbiological experiments are concerned, there has been no equipment that is suitable for extensive rationalization or automation of the processes.
An assessment from a purely technical point of view shows that the use of solid substrates in microbiological tests is advantageous.
Further advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments of the active ingredient carrier bodies according to the invention, which are shown in the drawing, and from examples of embodiments and possible applications of the method according to the invention explained in connection therewith.
Show it:
1 shows a plan view of a Petri dish with supporting bodies inserted therein for carrying out the method according to the invention, the lid according to the line I-I in FIG.
2 is cut,
Fig. 2 is a section along the line 11-Hin Fig. 1,
3-5 different embodiments of the support body in longitudinal section,
6 shows a view of a further embodiment of the support body,
7 shows a further embodiment of the support body in a diagrammatic representation,
8 shows a further embodiment of the support body in view and partially in section,
9 shows a further embodiment of the support body in longitudinal section,
10 and 11 two further embodiments of the support body in a diagrammatic representation,
Fig. 12 shows a cross section of the support body in Fig. 10 along the line XII-XII,
13 and 14 further embodiments of the support body in plan and view and
15 shows a further embodiment of the support body in a diagrammatic representation.
In FIG. 1, 1 denotes the Petri dish, which contains a solid or semi-solid microporous substrate 2 of the type explained at the outset, into which the active substance carrier body 3 is inserted. The embodiment of the support body used here is shown separately in FIG. The substrate 2 is interspersed in advance with a component, for example a seed or a reaction component, on which active substances carried by the bodies 3 are to act. As can be seen, the support bodies 3 are cylindrical, i.e. designed as sleeves, whereby they consist of a diffusion-tight cylindrical wall which is provided on its inside with a coating 4 which contains a certain dose of the respective active ingredient.
The covering 4 can consist of an applied mass into which the active ingredient is mixed, or of a porous lining, for example based on cellulose, such as paper, in the pores of which the active ingredient is absorbed. The feed can conveniently rest on a paragraph 5 below. The lower edge of the sleeve runs in one plane, so it is completely flat so that it can seal well against the bottom of the shell 1, which is important for most applications of the method, so that the support body 3 has a precisely defined area, i.e. encloses a certain volume to which the diffusion of the active ingredient from the coating 4 is restricted.
The diffusion takes place after the body 3 has been inserted into the Petri dish 1 until a diffusion equilibrium has been established, the active substance acting in a given concentration on the component also contained in the substrate in a given concentration.
Such a tight contact of the supporting body 3 with its lower end face on the bottom of the Petri dish is particularly important in quantitative experiments, while in qualitative experiments one usually does not have to pay too much attention to it.
As can be seen from Fig. 2, the support bodies 3 protrude somewhat above the surface of the substrate 2, i.e. the bodies 3 are somewhat higher than the depth of the substrate, which is generally 0.5 cm or less. This is favorable in order to ensure a reliable demarcation between the interior of the support body and the substrate lying on the outside. A greater height of the bodies 3 relative to the substrate is also favorable because the insertion of the bodies 3 into the Petri dish 1 is made easier if this insertion is carried out by manual or mechanical pressing. It is also advantageous to allow a common mechanical holder, not shown, for the support bodies 3 in a support structure for insertion, if this should be desired.
Mechanical indentation can expediently be undertaken jointly for all bodies 3 to be inserted, for example by means of a displaceable piston, which piston then engages on the mentioned common holder.
The active ingredient carrier bodies 3 can, however, also be pressed in by means of magnetic forces, as is known from French patent specification 1,573,936. The support bodies 3 can then expediently be dispensed from above onto the substrate by means of a common dispensing device and drawn down through the substrate to the bottom of the dish by means of the force field of a magnet attached to the base for the Petri dish.
For this purpose, the wall of the body 3 must consist of or contain a magnetizable material. In the embodiment according to FIG. 3, the support body is provided at the bottom with an iron ring 5 for this purpose, which at the same time forms the shoulder for the covering 4 and which is also tapered downwards in order to facilitate penetration into the substrate 2.
The test result can be determined simply by visual observation if it is visible in itself, as can be the case with changes in growth or, for example, color changes in clinical-chemical reactions. In the case of reactions which cause changes in the pH value, for example fermentation reactions, an indicator can be added to the substrate or to the covering 4, which indicator causes a color change when the reaction has taken place. It is also possible to register the results spectrophotometrically. The shape of the support body, which is open at the bottom and at the top, is particularly suitable for this purpose, in that the individual substrate areas enclosed by them can simply be illuminated.
However, both a visual observation and a photo-optical display would be conceivable in the event that support bodies closed at the top are used for the purpose of delaying drying out and reducing the risk that over the course of the incubation period of several weeks at 37 C the substrate becomes contaminated in that in such cases the top cover may be transparent.
If the mentioned common feeding device is used for the body 3, which delivers the supporting body 3 from corresponding storage stacks in certain positions to the substrate 2, or the mentioned common supporting frame is used, so that the respective experiments to be carried out by attaching the different supporting bodies 3 in the output device or is specified in the framework, you can, as explained in the aforementioned French patent, use these positions to identify the processes in an automatic or semi-automatic reading device, so that they can be coordinated with the respective results, for example, a further falsification in a calculating machine to enable.
The method according to the invention can then be carried out in such a way that the support bodies 3 carry different active substances of a specific dose, known concentration. for example, to study the effect of different antibiotics on the growth of a bacterial culture sown or inoculated into the substrate, as well as in such a way that the different support bodies 3 carry the same active ingredient in different doses, for example to determine the smallest growth-inhibiting concentration .
After use, the Petri dishes 1 are burned as usual, and the support bodies 3, apart from the iron parts, can also be burned, provided they are made of a suitable combustible plastic.
In the following some examples for the implementation of the method using the support bodies described will be described in more detail.
The first example is the fermentation of various types of so-called sugars by bacteria. This is a type of experiment that is used to identify different bacteria based on their action on such sugars.
When a bacterium puts a sugar in acidic substances, the pH value in the substrate decreases, which can be observed by a change in the color of an added indicator. For example, if a sugar is added to a solid substrate as a fermentation base and bromothyl blue is used as an indicator, the result of inoculation, with bacteria that break down sugar and with bacteria that do not, is that the former bacteria are on the surface of the substrate grow and form yellow colonies, while the latter bacteria form colonies of the same blue color as the substrate was prior to vaccination.
To carry out such experiments using the support body 3, the various types of sugar can be used as active ingredients in the toppings 4, while the substrate 2 is inoculated with a microbial suspension or a broth culture containing a pure culture of the microorganisms. After the support bodies 3 have been inserted into the substrate 2, the sugars then diffuse into the respective delimited areas of the substrate, and based on where a color change takes place and where it does not, information about the inoculated bacteria is obtained.
Since the areas in which the action takes place are enclosed by the support bodies 3, these tests can be carried out easily, although the diffusion of the sugars into the substrate 2 enclosed by the bodies 3 usually takes place so quickly that conventional diffusion tests are carried out which active ingredients are introduced with paper discs, tablets or the like are not suitable for such investigations, as a successful reaction will not take place.
In this experiment, an actual (positive) fermentation reaction is indicated by changing the indicator color after incubation at 37 ° C. for a suitable period of time, while no (negative) reaction causes no change in color.
In order to graphically illustrate the effect in the illustrated embodiment, a color change within a support body 3 'is indicated by dashed hatching in FIG. 1.
As a second example, the determination of the susceptibility of bacteria to antibiotics and chemotherapeutics can be mentioned, i. for studies that were also carried out earlier as diffusion experiments, whereby the active ingredients in question were placed on the substrate with so-called solid leaves or tablets and the diameter of the zones of activity or inhibition were measured after incubation.
In contrast to these methods, the invention makes it possible to carry out such determinations in a simple manner by means of a titration method. For this purpose, the various carrier bodies 3 are provided with various active substances, for example antibiotics, and inserted into a substrate 2 which is inoculated with the culture to be examined. The lowest concentration at which no growth occurs during incubation is then observed, provided. that the bacteria in question are sensitive to the particular antibiotic present.
Such experiments can be carried out both for the purpose of determining the sensitivity of a bacterium to be examined and for the purpose of determining the lowest concentration of an antibiotic with which it has a growth-inhibiting effect on a bacterium with known properties.
In a corresponding manner, immunological tests can also be carried out by providing the support bodies 3 with an antigen and the substrate 2 with an antigen or a substance containing an antigen, or vice versa.
It is also possible. to provide growth-accelerating substances as active ingredients in the supporting bodies for the determination of growth factors. After the support bodies have been inserted into the inoculated substrate, the diffusion of these substances into the base substrate in the shell creates new substances in the support bodies that are different from them. that were originally in it. These new substrates consist of the base substrate and one or more additional different components that depend on the number of growth-accelerating substances in the support bodies. Different substrates are thus produced in one tray.
The inoculated bacterial culture is then observed in the various supporting bodies to see whether they react with increased, unchanged or possibly reduced growth depending on the addition of the various substances. This procedure can be used for diagnostic purposes or for purely experimental purposes.
In FIG. 4, the possibility is indicated that the covering 4, which contains the active substance, does not itself form the inner wall of the support body 3, but rather lies in a cavity which is delimited on the inside by a perforated lamella wall 7.
The active ingredient can, for example, be a sugar in its original form, or it can be absorbed in a feed or mixed with an inert mass. The active ingredient diffuses through the perforated lamellar wall 7 into the substrate 2 into the space enclosed by the support body 3 when this is inserted into the inoculated substrate 2.
In the event that the mentioned magnetic field is too weak or
the substrate 2 is very difficult to penetrate for the supporting body 2 to be inserted, a larger mass of magnetizable metal can be incorporated into the supporting bodies 2, as can be achieved with a simple ring 5 or a design of the diffusion-proof wall made of magnetizable metal.
For this purpose, such a wall, as shown in FIG. 5, can be formed at the top with a collar 12 which is so high that it cannot come into contact with the substrate 2.
While FIG. 5 shows a collar of rectangular cross section, FIG. 6 shows such a collar 12 with a triangular cross section.
In the case of bodies 3 designed in this way, in order to avoid tipping when sitting on the bottom of the shell 1, the support body, as shown in FIG. 7, can be provided with four supports 13, for example.
In the embodiment shown in FIG. 8, the sleeve-shaped active ingredient carrier body 3 is provided with a centrally attached organ 10 which is supported by a radial cross arm 11 which, in the case of a body 3 inserted in a substrate 2, is above the substrate level. The surface of the organ 10 can be provided with a coating which contains an active substance which corresponds to that in the lining 4 on the inside of the sleeve. In this way, the diffusion equilibrium in the substrate mass enclosed by the body is reached very quickly. As an alternative to this, various diffusing substances in the feed 4 and on the surface of the organ 10 can be used.
It is also possible to design the organ 10 according to FIG. 8 to be hollow and to provide it with holes. In this case, the diffusing substance is either already during the manufacture of the body 3 or only when the
Body 3 introduced. Active ingredient carriers 3 of the last-mentioned type are thus with an active ingredient in the coating 4, but without
Active ingredient produced in organ 10. This creates a
Demand for certain situations, for example for
Fulfilled experiments in which the experimenter wishes to add certain substances to be examined himself. This can then be done by allowing these substances to drip into the hollow body 10. Such an addition of these substances can, if necessary, take place immediately after the body 3 has been inserted into the substrate 2 or also afterwards, for example after a certain incubation time.
In this context, however, it should be mentioned that in certain cases where the application of a substance to be added subsequently to the substrate surface does not interfere, such an addition can also take place directly through the upper opening of a support body 3 onto the substrate enclosed by the body 3.
The support body 3 shown in Fig. 9 is for
Suitable for experimental purposes and fulfills appropriate
Requirements for use as mentioned in connection with FIG. An active ingredient can be dripped from above into the funnel-shaped widened part 8 of the sleeve-shaped support body 3. It then diffuses through the perforated inner wall 7 into the substrate mass. This perforation of the inner wall 7, shown with crossed lines, extends here only up to part of the height of the support body, while an upper area 9 of this wall 7, shown in dashed lines, is tight so that it can flow out onto the substrate surface, the results or their observation could disturb, is prevented.
The design of the supporting body 3 can influence the time course of the diffusion process, as was explained in FIG. 8 with the organ 10. The round cross-sectional shape chosen for the previously described embodiments of the body 3 has the advantage that it allows a maximum substrate volume to be included in relation to the effort. However, it is also possible to choose various other cross-sectional shapes, e.g. to achieve special effects , in particular to lengthen or shorten the time until the diffusion equilibrium is reached, Fig. 10 shows a support body 3 of an elongated rectangular shape.
If a coating 4 containing an active ingredient is only attached to one narrow side here, diffusion takes place along the I (body 3 up to the opposite narrow wall. If, however, a coating 14 containing the active ingredient is also or instead attached to one or both long sides, as indicated in FIGS. 10 and 12, the diffusion equilibrium is reached very quickly.
While in the embodiments described so far, the support bodies 3 each include only one substrate area, it is also possible to provide the support bodies 3 with transverse walls according to FIG. 11, so that individual chambers are formed, each with an active ingredient or a concentration of the same To deliver active ingredient to the individual substrate areas closed by the chambers of a body.
In FIG. 12, which is common to the embodiments according to FIGS. 10 and 11, a bar 15 made of magnetizable material is shown, which corresponds to the ring 5 in FIGS. 3 and 4 and 9 in terms of cross section and mode of operation.
While in the embodiments of the body 3 described so far, the respective reactions are limited to certain areas enclosed by the body 3, as mentioned at the beginning, the support bodies can also be designed in such a way that they only partially enclose substrate areas. As a result, only the first stage of diffusion is controlled and directed in a certain direction, while the final stage of diffusion is free and unrestricted. An example of this is shown in FIGS. 13 and 14. In this embodiment, the support body 3 is provided with indentations 16, which are connected to vertical bores 19 through small holes 18. The latter can either be filled with active ingredients during the manufacture of the body 3, or the active ingredients that one wants to use or examine can be introduced into the holes 19 during the experiment.
This is done by dripping the liquids containing the active ingredients into the bores 19. The active ingredients then diffuse over time through the holes 18 radially outward into the substrate.
The diffusion will then spread further outward, its direction being determined by the shape and size of the curved delimitation of the indentations 16. Only when a later stage is reached, namely when the diffusion spreads outside the tips of the bodies 3 according to FIG. 13, is it uncontrolled in all directions. Carrying bodies 3 of this guide are particularly suitable for studying synergistic and antagonistic effects.
As shown in FIG. 13, the support body 3 is hollow in the middle in this case in order to facilitate the insertion into a substrate 2.
15 shows a support body which consists of vertical flat walls 17 arranged in a star shape.
The active substances are applied to the walls 17 here, so that in this case too, initially a controlled and then an uncontrolled spreading of the diffusion takes place.
In addition to the embodiments of the support body 3 described in detail, many other designs are of course possible. In particular, features that are described in connection with a specific embodiment can also be used in the other embodiments, unless the context indicates otherwise. It is also possible, for example, to take special precautions so that the support bodies 3 adhere to the bottom of the substrate tray 1. If an interaction of different active substances is only desired after a certain diffusion out, this can also be done in such a way, instead of in the manner illustrated in FIGS. 13-15, that the space in a supporting body that is completely closed to the outside is partially divided into several compartments in which the respective Active ingredients initially diffuse out separately in order to then combine.
And although special application areas are highlighted for the method to be carried out by means of the support body 3, the support bodies can be used for a large number of microbiological, serological, immunological, clinical-chemical and other examinations. In this context, it should be pointed out that the support bodies can be used both with substances that diffuse quickly and with substances that diffuse slowly into the respective substrate, with the result under visual control and / or or with automatic reading or with automatic storage of the information obtained, for example for treatment in an electronic data processing system.
The method is suitable for experiments on a small but also on a large scale, all the more because with supporting bodies in a closed design, the areas to be enclosed can be very close to one another, so that it is possible to carry out a large number of individual reactions simultaneously and easily to be realized with one and the same substrate.
The equipment will include items which are intended for single use and which the laboratories can purchase ready-to-use. The equipment can be designed to save space. It can be produced in large series, which is also important for measuring the active ingredients. The large series: are good for one
Standardization. The test doses can be of good quality, i.e. Have the similarity and purity of the active ingredients. The
Test doses can also be used with an exact dosage of the
Active ingredient are produced.
It becomes a tedious and time consuming pipetting process
Measurement of the active ingredients in the laboratories avoided, regardless of whether it is done manually or mechanically, or automatically with conventional auto-analyzer equipment.
Furthermore one avoids the time-consuming cleaning of the laboratory equipment; which is linked to the measuring of active substances in the laboratories.
Both quantitative and qualitative studies can be carried out with the new equipment.
A favorable effect that can be achieved is that which takes place from the wall of the support body inserted into the substrate into the substrate volume enclosed by the support body
Diffusion, in which the reaction area, for example the
Substrate surface in microbiological tests is not affected. By using diffusion to distribute the active ingredients in even concentration in the
Reaction volume, being with the other, to the
Reactions involved components come into contact, one has the advantage of a very simple and space-saving
Distribution mechanism. One avoids the need for a special one - manually or automatically operated
To use equipment of a mechanical nature that requires space and effort for transport and distribution of the active ingredients.
Since it is advantageous to have several support bodies in the substrate in one container, e.g. can be attached to a Petri dish, the distribution of the components to be introduced into this and involved in the investigation will take place in a common process for all of the supporting bodies to be attached to the dish. In addition to the labor saving, this helps to achieve better comparable conditions for the tests to be carried out with the individual supporting bodies in the shell.
There is also the advantage that the use of the method according to the invention is compatible with the laboratory equipment and techniques customary today, such as the use of Petri dishes, substrates, etc., for example.
The method according to the invention and the support body represent a new technique which is suitable for the first time for the general application of an autoanalyzer technique, regardless of whether it is a matter of microbiological, immunological, clinical-chemical or other biochemical or chemical investigations. The system differs completely from the familiar. Single use articles are used which allow a high degree of standardization and controlled dosage. In this way, the active ingredient carriers with the active ingredients can be brought onto the market with advantage - if necessary in vacuum packs in magazines, with one type of active ingredient in each magazine.
In addition to saving space, this also increases security against confusion.
The system is flexible, you can switch from one type of test to another, even from microbiological examinations to clinical-chemical analyzes, simply by exchanging the carrier magazines in the output devices.
On the other hand, once you have started, you should carry out the largest possible series of similar tests with the current systems. If not, the work is interrupted by the necessary time consuming cleaning that must be done in order for a new type of test to be run.
With the present system you can easily switch between manual and automatic operation, which is not possible with conventional autoanalyzers. In the latter systems, errors can easily occur in the apparatus, while in the present system the apparatus is simple and robust.
Conventional autoanalyzer systems are not suitable for microbiological examinations because the channel systems in the apparatus would be contaminated by any infectious substance. Conversely, through such
Duct systems also easily introduce contaminating microbes into the microbiological test material, so that the
Result more polluting because of the rapid increase
Microbes become worthless, since reproduction can very easily take place in the liquid substrates that flow through the canal systems.
A weakness in the existing systems is a so-called.
Carry over effect. If a high titer sample immediately precedes a low titer, high titer material from the first sample, with some remaining in the duct system, may infect the low titer sample and result in a higher than correct value move. This requires a time-consuming and laborious flushing technique. Corresponding sources of error and disadvantages do not occur at all in the present system.