Ein chemisches Analysegerät gemäß dem Stand
der Technik für
Flüssigkeiten
eines lebenden Körpers
ist beispielsweise aus der
US
4,451,433 bekannt. Das Gerät ist mit einem kolorimetrischen Messteil
zum Analysieren und/oder Bestimmen der Menge von Komponenten ausgerüstet, wie
etwa Proteine und Enzyme im Blut und im Urin; und er ist mit einem
Ionen-Analyseteil
zum Analysieren von Ionen im Blut ausgerüstet. Das Gerät besitzt
eine Bearbeitungsschnelligkeit oder -geschwindigkeit zur Durchführung von
mehreren hundert Tests pro Stunde, und ein großformatiges Gerät hat eine
Verarbeitungsgeschwindigkeit von 9.000 Tests. Insbesondere sind
in dem System zum Steigern der Bearbeitungsgeschwindigkeit im kolorimetrischen
Messteil eine große
Anzahl von Reaktionsgefäßen oder
-zellen auf dem Kreisumfang eines Drehtisches angeordnet, und zwar
auf der oberen Oberfläche
des Hauptgehäuses
des chemischen Analysegerätes,
so dass das Mischen, zur Reaktionsbringen und das Messen von Blutproben
sequentiell durch die einander überlappenden
Prozesse durchgeführt
werden kann.
Hauptelemente, die das Gerät ausbauen, sind
ein automatischer Proben-/Reagenzmittel-Zufuhrmechanismus
zum Liefern der Probenflüssigkeiten
und Reagenzien in die Reaktionsgefäße, ein Vorratsteil zum Aufnehmen
von Behältern
mit mehreren zehn Reagenzien, ein automatischer Mischmechanismus
zum Mischen der Blutprobe und des Reagenzmittels in den Reaktionsgefäßen, eine
Messvorrichtung zum Bestimmen der Eigenschaften der Blutproben,
die sich gerade in Reaktion befinden oder die Reaktion beendet haben,
ein automatischer Wasch- oder Spülmechanismus
zum Absaugen und Entladen der Blutproben, bei denen die Messung
beendet worden ist, und zum Waschen oder Spülen der Reaktionsgefäße, ein
automatischer Wasch- oder Spülmechanismus
des automatischen Proben-/Reagenzmittel-Zufuhrmechanismus zum Verringern
der gegenseitigen Kontamination zwischen den Blutproben aufgrund
von Zurückstellungen
oder Übergaben
derselben und/oder Kontamination zwischen den verschiedenen Reagenzien,
und einen Steuerteil zum Steuern der Operationen der Teile.
Es gibt mehrere zehn Postenarten,
die Gegenstand der kolorimetrischen Messungen sind, und wenn es
sich um die Posten in einem normalen Test handelt, muss die Analyse
an mindestens zehn oder mehr Arten von Posten bei jeder einzelnen
Probe durchgeführt
werden. Zum Durchführen
der Analyse dieser Posten mit Hilfe nur eines einzigen Gerätes muss
der Reagenzmittel-Zufuhrmechanismus mit einer Vorrichtung, d.h.
einer sogenannten Reagenzmittel-Pipettiervorrichtung, versehen sein,
mit der das Reagenzmittel aus einer Vielzahl von Reagenzbehältern gewählt wird,
um sequentiell mit einer vorbestimmten Menge desselben in die Reaktionsgefäße geliefert
zu werden. Der Reagenz-Pipettiermechanismus ist so aufgebaut, dass
er hauptsächlich
umfasst: eine Düse
zum Einsaugen des Reagenzmittels ins Innere zum Festhalten darin,
einen Mechanismus zum dreidimensionalen Bewegen der Düse, und
eine Saug-/Entlade-Steuerpumpe zum Einsaugen und/oder Entladen des
Reagenzmittels in die und/oder aus der Düse.
Weiter ist als Stand der Technik,
insbesondere zur Verwendung beim POC-Test, ein Blutanalysegerät gemäß WO 95/06
870 A1 beschrieben.
Dieses Analysegerät umfasst einen optischen Detektor,
ein Analysator-Hauptgehäuse
zum Durchführen
der Steuerung, der Signalverarbeitung, der Signaleingabe/-ausgabe,
etc., und mindestens ein nach Gebrauch wegzuwerfendes Reagenz-Zentrifugalrotorteil
zum Durchführen
von Abstimmungen zur Vorbehandlung des Reagenzmittels durch Einleiten
der Probenflüssigkeit
in dasselbe. Zuerst wird das Blut als Probe in eine Führungs-
oder Eingabeöffnung
injiziert, die in einem zentralen Abschnitt einer Scheibe angebracht
ist. Nach Einsetzen des Rotors in das Hauptgehäuse wird der Rotor durch Einschalten
des Hauptgehäuses
in Drehung versetzt. In dieser Situation werden Serumkomponenten
durch die zentrifugale Wirkung geteilt oder voneinander getrennt,
so dass sie mengenmäßig durch
eine vorbestimmte Menge an Serum bestimmt werden, und werden dann
mit einer Verdünnungsflüssigkeit
gemischt, die im Inneren des Rotors untergebracht ist. Nach wiederholtem
Anhalten und Rotieren des Rotors wird die Verdünnungsflüssigkeit in die zwölf Reaktionsgefäße eingegeben,
die um den Rotor herum plaziert sind. In jedem der Reaktionsgefäße ist bereits
ein getrocknetes Reagenzmittel enthalten, das den jeweilig unterschiedlichen
Messposten entspricht, und weiter ist in ihnen eine Kugel zum Mischen
vorhanden, wodurch das Reagenzmittel und die Verdünnungsflüssigkeit
derart gemischt werden, dass zwischen ihnen eine vorbestimmte Reaktion ausgelöst wird.
Nach etwa zwölf
Minuten wird eine optische Extinktion innerhalb des Gefäßes vom
optischen Detektor gemessen, der in das Hauptgehäuse eingebaut ist. Jene Reagenzmittelrotoren
werden für mehrere
Arten davon vorbereitet, entsprechend den Kombinationen der Messposten.
An das Analysegerät zur Verwendung beim POC-Test
werden folgende Anforderungen gestellt: es muss der Größe nach
klein und tragbar sein; die Analyseergebnisse müssen schnell durch dasselbe erhalten
werden können;
es muss in der Handhabung leicht sein; es muss nahezu keine Notwendigkeit
für eine
Wartung bestehen, um mit ihm jederzeit die Analyse zu ermöglichen
oder zu beginnen; und es muss eine ausreichende Wettbewerbsfähigkeit
hinsichtlich der Kosten besitzen, insbesondere im Vergleich zum
Testen auf der Basis einer Anfrage oder Anforderung an ein Testzentrum
gegen Rechnung, auch im Falle, dass es routinemäßig für das Testen in der Nähe des Patienten,
in einer medizinischen Klinik oder dergleichen herangezogen wird.
Es gibt also Probleme der nachstehend
aufgeführten
Art, insbesondere, wenn das Analysegerät des oben genannten Standes
der Technik beim POC-Test angewandt wird.
Erstens ist es im Fall des erstgenannten Standes
der Technik im Allgemeinen schwierig, das Gerät bereitzustellen oder zu plazieren,
etwa an einem Notfallort oder in einem Operationsraum, wo Platz
dafür begrenzt
oder eingeschränkt
ist, weil das Gerät
in seinen Abmessungen groß ist.
Da es weiter durch Leitungen zum Waschen und Entsorgen von Flüssigkeiten
fest aufgestellt wird, ist es unmöglich zu bewegen oder in die
Nähe des
Patienten zu bringen, der zu Hause ist, und/oder es neben ein Bett
zu stellen. Weiter sind zur Verwendung des Gerätes in der Klinik, und dergleichen,
die laufenden Kosten einschließlich
der Kosten des Gerätes
selber und die Wartungsgebühr
desselben groß,
so dass das Gerät nicht
wirtschaftlich ist.
Was weiter das chemische Analysegerät gemäß dem zweitgenannten
Stand der Technik anbetrifft, kann es als solches im Operationsraum,
etc. bereitgestellt oder plaziert werden, da es den Abmessungen
nach klein im Vergleich mit dem großen chemischen Analysegerät des erstgenannten
Standes der Technik ist. Auch sind alle Teile, durch welche die Probenflüssigkeit
geleitet wird, der Entsorgung zugänglich, so dass es keinen Bedarf
nach Zuführen der
Waschflüssigkeit
zu den Leitungen gibt. Dementsprechend kann das Gerät relativ
leicht getragen oder bewegt werden und ist daher vom Standpunkt der
Wartung aus betrachtet vorteilhaft. Es hat außerdem die Besonderheit, dass
der Preis des Gerätes niedrig
ist. Im übrigen
sind die Reagenzien im voraus im Reagenzmittelrotor zur Verwendung
bei der Messung der Posten enthalten, die vom Hersteller derselben
hergestellt oder bestimmt werden. Daher treten nun aber tatsächlich viele
Fälle auf,
bei denen die Messung gleichzeitig auch an den darin enthaltenen nicht
benötigten
Posten durchgeführt
werden. Wie nachfolgend erläutert
wird, gibt es also Probleme im Hinblick auf die Schnelligkeit und
die Kosten des Gerätes,
insbesondere in bezug auf den POC-Test.
Zuerst muss selbst dann, wenn es
eine Kombination der zu messenden, erforderlichen Posten in Abhängigkeit
vom Zustand des Patienten bei einem dringenden Test gibt, die Analyse
sequentiell durch alternierendes Auswechseln der mehreren Reagenzmittelrotoren
durchgeführt
werden, falls kein Reagenzmittel für eine solche Kombination im
Reagenzmittelrotor enthalten ist. Die Folge davon ist, dass die Analyse übermäßig viel
Zeit in Anspruch nimmt. Dies wird zu einem großen Problem beim Testen mit
hoher Dringlichkeit, bei dem das Testergebnis rasch ausgegeben werden
muss.
Da die Analyseposten bereits fest
bestimmt sind, wird zweitens die Analyse auch bei einem Posten durchgeführt, den
zu analysieren an sich unnötig ist,
und der Reagenzmittelrotor, der ein einziges Mal für eine andere
Messung benutzt worden ist, muss entsorgt werden, selbst im Fall,
dass die unnötige Analyse
nicht durchgeführt
werden muss. Daher verursacht das Gerät übermäßige Kosten und ist wirtschaftlich
hinsichtlich der Wettbewerbskosten im Vergleich zum Testen durch
Anfragen beim vorerwähnten
Testzentrum wirtschaftlich unterlegen. In einer Zeit wie der heutigen,
in der die weitere Absenkung der Testkosten aufgrund der Reduktion
der medizinischen Ausgaben zu einem sehr wichtigen Faktor wird,
werden die genannten Fakten zu einem Engpass für eine weite Verbreitung des
Einsatzes solcher chemischer Analysegeräte, zu Hause, am Bett, in Kliniken
etc.
In der
US
4 720 465 ist eine Analyse-Vorrichtung mit einer Vielzahl
von Reaktionskammern mit einer Öffnung
zum Einlassen der Reagenzien sowie einer Öffnung zum Einlassen der Probe
beschrieben. Jede Reaktionskammer wird zur Durchführung der Analyse
separat mit der Probe durch eine einzige zentrale Öffnung,
um von dort über
Verteilerflussdurchgänge
in die einzelnen Reaktionsabschnitte zugelangen.
Aus der WO 95/24 634 A1 ist eine
Vorrichtung zur Durchführung
von immunologischen Analysen beschrieben mit einer Drehplattform,
auf welcher eine Vielzahl von Reagenzröhrchen angeordnet sein können. Die
Reagenzröhrchen
weisen jeweilige Öffnungen
auf, durch welche sowohl die Reagenzien als auch die Probenflüssigkeit
eingefüllt
werden.
Die
US
5 855 848 beschreibt ebenfalls eine Zentrifugenvorrichtung
zum Ausführen
von immunologischen Analysen mit Reagenzröhrchen, welches an einem Ende
eine Öffnung
zum Befüllen
mit Reagenzien aufweist und an dem anderen Ende zumindest eine Entlüftungsöffnung und
einen Filter aufweist.
Die
US
5 591 403 und die
US
5 504 011 beschreiben eine tragbare Vorrichtung zur Durchführung von
Blutgerinnungstests, wobei eine Küvette verwendet wird, die mehrere
Durchgänge
mit Reaktionsabschnitten aufweist.
Weiterhin ist in der
US 4 237 234 eine Vorrichtung beschrieben
mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Hohlräumen, die
einzelne Reaktionskammern vorsehen. Die in der
US 5 122 284 offenbarte Zentrifuge
weist eine Vielzahl von Küvetten und
eine Sammelkammer auf, die radial nach innen von den Küvetten beabstandet
ist, auf. Ein Rotor enthält
eine Einrichtung zum Einführen
eines Fluids in die Sammelkammer und eine Vielzahl von Einlasskanälen verbindet
jede Küvette
mit der Kammer.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ein chemisches Analysegerät bereitzustellen, das klein
und tragbar ist, in welchem die Reagenzien durch den Benutzer frei
eingesetzt oder bestimmt werden können, je nach den zu analysierenden
Posten, und ohne Leitungen für
die Wasch- und Entsorgungsflüssigkeiten zu
benötigen,
wodurch das Gerät hinsichtlich
der Wartung unabhängig
davon oder leicht zu warten ist.
Diese Aufgabe wird durch ein chemisches Analysegerät mit den
Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
Zweckmäßige Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen
definiert.
Bei dem Analysegerät ist eine
Analysekassette durch Anbringen einer einzigen Eingabeöffnung zum
Eingeben einer auf einem einteiligen Substrat zu testenden Probenflüssigkeit
ausgebildet, derart, dass die eingegebene Probenflüssigkeit
in eine Mehrzahl von Flussdurchgängen
unterteilt und an eine Mehrzahl von Reaktionsabschnitten gesandt
wird, die jeweils entsprechend am Endabschnitt der Flussdurchgänge vorgesehen
sind, nachdem sie mit einer für
die Analyse zu benutzenden Menge an Flüssigkeit in einem Messabschnitt
gemessen wurden, der im Wege der Flussdurchgänge vorgesehen ist; wobei in
die oben genannten Reaktionsabschnitte Reagenzien entsprechend den
Testposten in einem Analysatorteil geliefert werden, der getrennt
davon vorgesehen ist, wodurch die Analyse nach Vermischen der Reagenzien
und der Probenflüssigkeit
durchgeführt
wird.
Weiter ist im Eingabeabschnitt der
Analysekassette ein Filter angebracht, so dass die Probenflüssigkeit,
wie etwa eine solche im Serumzustand, beispielsweise in die Reaktionsabschnitte
geliefert wird, wenn Blut zugeführt
wird.
Der Analysatorteil enthält die Analysekassetten
und besitzt einen Positionierungsmechanismus zum Liefern der geforderten
Reagenzien in die Reaktionsabschnitte der Analysekassette. Weiter
kann das Analysegerät
so konstruiert sein, dass er mit Hilfe dieses Positionierungsmechanismus
auch eine Verschiebung oder ein Wegbewegen in eine Position erreicht
wird, in der die Analyse tatsächlich
durchgeführt
wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten
des Analysengeräts
werden nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf
die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 die
konstruktive Ausführungsform
des chemischen Analysegeräts;
2(A) und 2(B) Querschnittansichten
eines Probenzufuhrmechanismus und einer Probenmesspumpe des Analysegeräts;
3(A), 3(B) und 3(C) die Gestaltung einer Analysekassette,
sowie die Querschnittansichten von Abschnitten, die durch einen
Pfeil B und einen Pfeil C in 3(A) bezeichnet
sind;
4(A) die
Gestaltung einer weiteren Analysekassette; und die 4(B) bis (E) dienen
zur Erläuterung
der in 4(A) veranschaulichten
Kassette;
5(A) die
Ausführungsform
einer weiteren Analysekassette; und die 5(B) und (C) dienen
zur Erläuterung
der Betriebsweise der in 5(A) dargestellten
Kassette;
6 die
konstruktive Ausführungsform
eines chemischen Analysesystems einer weiteren Ausführungsform
des Analysegeräts.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen
im ganzen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, insbesondere
die 1 bis 3 erläutert. 1 zeigt den Gesamtaufbau des chemischen
Analysegeräts
gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 2(A) und 2(B) dienen zur Erläuterung
der Reagenzmesspumpe, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet
wird. Die 3(A), 3(B) und 3(C) zeigen die konstruktive Ausführung eines Typs
von Analysekassetten, die entsorgt werden können. 4(A) zeigt die konstruktive Ausführungsform
einer weiteren Analysekassette. Die
4(B) bis (E) dienen zur Erläuterung
der Wirkungsweise der in den 4(A) bis 4(E) dargestellten Ausführungsform.
Die 6 zeigt die Gesamtkonstruktion
einer weiteren Ausführungsform
des Analysegerät.
Nachfolgend wird die konstruktive
Ausführungsform
des chemischen Analysegeräts
unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. 1 ist eine Ansicht aller
Struktur- und Positionierungselemente des vorliegenden chemischen
Analysegeräts, gesehen
aus einer oberen schräg
verlaufenden Richtung.
Das chemische Analysegerät gemäß der vorliegenden
Erfindung ist hauptsächlich
aus zwei Elementen aufgebaut, nämlich
einer Analysekassette 1, d.h. einem Träger, der einen Bereich zum
zeitweiligen Aufnehmen der entsorgbaren Reagenzien und der Probenflüssigkeit
umfasst, und aus einem transparenten Material hergestellt ist, und
einem Hauptgehäuse 2 des
Analysegeräts,
in das die Analysekassette 1 eingeschoben wird. Das Analysator-Hauptgehäuse 2 enthält einen
Trägereingriffsabschnitt,
in den die Analysekassette nach Art einer Schublade eingeschoben
werden kann; und es besteht aus: einem linearen Schiebeabschnitt 21,
d.h. einer Positionseinstellvorrichtung zum Einstellen der Positionen
durch Verschieben, die den Trägereingriffsabschnitt
umfasst, zum Zweck der Einstellung der Position der eingeschobenen
Analysekassette; eine Reihe von Reaktionsflaschen 23, die
eine Reagenzmess- und -entladepumpe 22 umfasst, d.h., dass
die Reagenz-Entladevorrichtung
im oberen Teil des linearen Schiebeabschnittes 21 angeordnet
ist, zum Entladen des Reagenzmittels um eine vorbestimmte Menge
in eine Analysekassette 1; einem optischen Detektor 24,
der an der äußersten
linken Seite des linearen Antriebsabschnittes 21 angeordnet ist;
einem Signalprozessor 25 zum Aufzeichnen von Informationen
in bezug auf das Einstellen der Analyseposten, der Reihenfolge der
Positionen der Reagenzflaschen 23, etc. und zum Durchführen einer Sichtanzeige
und zum Aufzeichnen der Analyseergebnisse; und einer Steuervorrichtung 26,
die Anweisungen des Betriebsprozesses vom Signalprozessor 25 empfängt, um
Steuersignale an den linearen Antriebsabschnitt 21, die
Rea genzmess- und -entladungspumpe 22 und den optischen
Detektor 24 etc. zu senden. Das Reagenzmittel 3 wird
von der Reagenzmess und -entladepumpe 22 in die Analysekassette 1 geliefert,
die später
im einzelnen behandelt wird.
Als nächstes wird die Struktur der
Reagenzmess- und -entladepumpe 22 und die daran befestigten
oder damit ausgerüsteten
Reagenzflaschen 23 gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die 2(A) und (B) erläutert. Im Bodenabschnitt der
Reagenzflasche 23 ist eine Öffnung 231 angebracht.
Im Anschluss an die Öffnung 231 ist
die Reagenzmess- und -entladepumpe 22 vom Typ eines Diaphragmas
angeschlossen, wie in 2(B) dargestellt
ist. Die Reagenzmess- und -entladepumpe 22 ist mit Prüfventilen 221 und 222 am
Einlass und Auslass derselben versehen, von denen jedes Ventil Flüssigkeit
nur in einer einzigen Richtung durchfließen lässt. Auch ist ein Diaphragma 223 in
einer Pumpkammer angebracht, bei dem auf einer äußeren Oberfläche eine
Vibrationsplatte 224 befestigt ist. An beiden Enden der
Vibrationsplatte 224 sind Drähte zur Spannungsversorgung
derselben angebracht. Der Auslass der Reagenzmess- und -entladepumpe 22 des
Diaphragmatyps öffnet
sich in Richtung nach unten und ist mit einer Düse 225 ausgestattet,
damit der Flussaustritt sanft erfolgt. Die Anschlussdrähte der
Vibrationsplatte 224 sind mit Antriebsdrähten an einen
elektrischen Kontaktpunkt 227 angeschlossen, der in einem
Halter 226 vorgesehen ist.
Nachfolgend wird die Struktur der
Analysekassette 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die 3(A) bis (C) erläutert. Grob gesprochen besteht
die Analysekassette 1 aus zwei Substrateinheiten. Die eine
ist ein Substrat 182 für den
analytischen Nachweis, das oben eine Reaktionszelle 16 etc.
aufweist, während
das andere ein oberes Substrat 181 ist, das auf einem oberen
Abschnitt des Substrats 182 für die Detektion angebracht
ist. Die Analysekassette ist 55 mm breit und 90 mm lang, d.h. sie
hat die Größe einer
Visitenkarte.
Auf dem oberen Substrat 181 sind
vorhanden: eine Führungsöffnung 11' zum Verbinden
mit einem Injektor zum Einspritzen der Probenflüssigkeit; Luftöffnun gen 131' und 142' zum Verbinden
mit feinen Öffnungen 131 und 142,
die jeweils entsprechend an Endabschnitte der feinen Flussdurchgänge 13 und 145 zum
Zweck des Entfernens von darin befindlicher Luft angeschlossen sind;
und ein Abschneideabschnitt 19, durch welchen die Reagenzien
in die Reaktionsabschnitte geliefert werden sowie zur Verwendung
im Rahmen der Detektion bei der Durchführung der Analyse. Das obere
Substrat 181 ist am Substrat 182 mit Hilfe beispielsweise
eines Klebers befestigt.
Auf dem Substrat 182 zur
Verwendung bei der Detektion der Analysekassette 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Verteilerabschnitt vorgesehen. Im Verteilerabschnitt
ist ein Eingabeabschnitt 11 für eine Probe angebracht, um
die Probenflüssigkeit
darin einzugeben. Der Eingabeabschnitt 11 steht mit einer
Eingabeöffnung 11' des oberen
Substrats 181 in Verbindung. In einem unteren Abschnitt
des Eingabeabschnitts 11 ist ein Filter 12 vorgesehen, das
den Komponenten der Blutkorpuskel oder -zelle einen Strömungswiderstand
entgegensetzt, so dass sie als erste hindurchtreten.
Hinter dem Filter 12, das
den Verteilungsabschnitt bildet, sind feine Flussdurchgänge auf
einer Seite des Substrats angebracht, die in eine Vielzahl unterteilt
sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind
zehn feine Flussdurchgänge 13 vorgesehen
und öffnen
sich durch die feinen Öffnungen 131' im oberen Substrat 181 zur
Umgebungsluft hin. Obwohl der Verteilungsabschnitt so angebracht
ist, dass er das Filter 12 in der vorliegenden Ausführungsform
bedeckt, kann das Filter 12 auch auf der Seite des Substrats
angeordnet werden.
Entlang des Weges dieser feinen Flussdurchgänge 13 ist
ein abnehmbares Mengenbestimmungsventil 14 vom Schiebetyp
eingesetzt, durch das eine vorbestimmte Menge an Serum durch Verschieben
desselben abgetrennt wird. Feine Flussdurchgänge 141 im Ventil
sind mit den feinen Flussdurchgängen 13 verbunden,
in die das Serum so lange injiziert wird, bis sie mit Serum voll
gefüllt
sind. Wenn sie mit dem Serum gefüllt
sind, wird das Ventil als ganzes verschoben, so dass es mit einem
weiteren feinen Flussdurchgang zusammenpasst. Die Enden der feinen
Flussdurchgänge 145 auf
seiten einer oberen Strömung
werden von den zweiten feinen Öffnungen 142 durch
die feinen Öffnungen 142' des oberen
Substrats 181 in die Umgebungsluft durchgeschaltet. An
den anderen Enden derselben, an einer unteren Strömungsseite,
sind Testpapierchen 15 in Bereichen oder Abschnitten angebracht,
wo die Flüssigkeit
angehalten oder festgehalten wird. Im vorliegenden Fall können die
Testpapierchen 15 aus Papier oder einem Fasermaterial bestehen
und reichen aus, um das Serum und die Reagenzien darin aufzunehmen
oder festzuhalten. Sie haben eine weiße Farbe und bestehen aus einem
Material, das die Feuchtigkeitsaufnahme anzeigt. Die Testpapierchen 15 werden
so wie sie sind der Länge
nach ausgelegt und in die Reaktionszellen 16 hinein ausgebreitet oder
gespreizt.
Der obere Abschnitt der Reaktionszelle 16 ist bei
der vorliegenden Ausführungsform
als offenes Fenster ausgebildet, wobei der Abschnitt des der Reaktionszelle 16 zugekehrten
Substrats 8 dazu in Form eines Fensters 19 ausgeschnitten
ist.
Der ausgeschnittene Abschnitt auf
Seiten des oberen Substrats 181 wird durch ein Verschlusselement
geschlossen, wenn die Analysekassette 1 nicht benutzt wird,
wodurch sie gegen Staub etc. geschützt ist, der in die Reaktionszellen
eintreten kann, wobei die Kassette so konstruiert ist, dass der
Verschluss entfernt wird, wenn sie benutz wird. Es sei noch bemerkt,
dass der zur Reaktionszelle 16 des oberen Substrats 181 weisende
Abschnitt als ein Fenster ausgebildet werden kann, welches durch Verschieben
geöffnet
werden kann. Durch dieses Fenster 19 wird das Reagenzmittel 3 ausgestoßen oder
auf das Testpapierchen 15 gespritzt. Unter den zehn Reaktionszellen 16 ist
eine Elektrode 161 in derjenigen Zelle angebracht, die
sich an der unteren Seite in der Figur befindet und zum Messen des
Elektrolyten im Serum dient, und sie ist durch eine Signalleitung
in der Kassette an den Anschlusssteckerabschnitt 162 angeschlossen.
Das vorliegende Gerät mit der
oben beschriebenen Struktur arbeitet wie nachstehend beschrieben
ist.
Zuerst wird das Blut 4 (Gesamtblut),
das Blutkorpuskeln oder -zellen enthält, Innere des Eingabeabschnittes 11 der
Analysekassette 1 mit Hilfe der Spritze 41 eingebracht.
Dabei kann aufgrund des Filters 12 die Serumkomponente
als erste eintreten statt der Komponente der Blutkorpuskeln oder
-zellen. Die Serumkomponente wird durch die Wirkung des Drückens des
Injektors 41 unter Druck gesetzt und kapillar auf die zehn
feinen Flussdurchgänge 13 verteilt
und wird bis zu den ersten feinen Öffnungen 131 eingefüllt, und
läuft durch
die feinen Flussdurchgänge 141.
Von Hand oder durch automatische Betätigung wird in diesem Zustand
ein Ende des Schiebe-Mengenbestimmungsventils 14 in Richtung
des in 3(A) angegebenen
Pfeils 143 geschoben. Dadurch kommt der Abschnitt der feinen
Flussdurchgänge 141 in Überdeckung
mit den anderen feinen Flussdurchgängen 145. Jeder der
feinen Flussdurchgänge 141 im
Schiebe-Mengenbestimmungsventil 14 ist volumenmäßig konstant,
wodurch eine quantitative Probennahme mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die volumenmäßige Größe jedes
feinen Flussdurchgangs 141 des Schiebe-Mengenbestimmungsventils 0,2 mm im Quadrat,
und es wird eine Flussdurchgangslänge von 7,5 mm gebildet, wodurch
eine sehr kleine Menge an Serum von 0,3 μl zur Bestimmung der Menge mit
hoher Genauigkeit als Probe erhalten wird. Natürlich kann die Probenmenge
frei oder willkürlich
durch Anpassen der Größe der feinen
Flussdurchgänge 141 festgelegt
werden.
Die konstante Menge an Serum, die
in jeden der feinen Flussdurchgänge 141 im
Schiebe-Mengenbestimmungsventil 14 eingebracht wird, wird
vom Ende des Testpapierchens absorbiert, das am anderen Ausgang
liegt, und wird gleichmäßig oder
gleichförmig
bis zum Abschnitt des Testpapierchens 15 ausgebreitet.
In diesem Zeitpunkt ist das Serum 4, das mengenmäßig bestimmt
ist, in einem Zustand, in welchem es in jedes der Testpapierchen 15 in
der Analysekassette 1 eindringt. Die Analysekassette wird
dann in den linearen Antriebsabschnitt 21 des Hauptgehäuses 2 des
Gerätes
eingesetzt.
Wenn vom Signalprozessor 25 ein
Startbefehl angelegt wird, werden die Reagenzflaschen 23 sequentiell
aus der Gruppe der Reagenzflaschen in der Reihenfolge der Messposten
gewählt,
die vorher festgelegt wurden, und die Reaktionszellen 16 der Analysekassette 1 werden
in einen unteren Abschnitt derselben mit Hilfe des linearen Antriebsabschnittes 21 bewegt.
Danach wird im Anschluss an das Steuersignal der Steuervorrichtung 26 die
Reagenzmess – und – entladepumpe 22 betätigt, die
unter den Reagenzflaschen 23 angeordnet ist, wodurch die
vorbestimmte Menge an Reagenzmittel 3 unter Zielen auf ein
Stück des
Testpapierchens 15 in der Reaktionszelle 16 injiziert
wird. Im Zuge der gleichen Operation werden die verschiedenen Reagenzien 3 ebenfalls sequentiell
in die benachbarten Reaktionszellen 16 injiziert.
In jede neunte und zehnte Zelle der
Zellen 16 wird eine vorbestimmte Menge an Verdünnungsflüssigkeit
injiziert. Da das Reagenzmittel 3 gleichmäßig und
gleichförmig
durch Kapillarität
ausgebreitet wird, werden auf dem Testpapierchen 15 das
Reagenzmittel 3 und das Serum 4 vermischt und
nahezu gleichmäßig und
ohne Flecken zur Reaktion gebracht. In diesem Zustand schreitet
die Reaktion auf jedem der Testpapierchen 15 fort und beginnt
mit der Emission von Farbe oder Licht. Nach Ablauf jeder konstanten Zeitperiode
wird der lineare Antriebsabschnitt 21 betätigt, so
dass der Abschnitt jedes Testpapierchens 15 der Analysekassette 1 unter
den optischen Detektor 24 bewegt wird. Im optischen Detektor 24 wird
die Spektralintensität
und/oder die Luminanzintensität des
Testpapierchens 15 jederzeit gemessen. Bei der neunten
Zelle wird ein Absorptionsspektrum des verdünnten Serums selber erfasst,
und bei der zehnten Zelle wird die Ionenkonzentration im Serum durch den
Elektrolytsensor 161 erfasst. Wenngleich das Substrat so
beschrieben oder erläutert
ist, dass es bei der vorliegenden Ausführungsform aus transparentem
Material besteht, ist es auch möglich,
dass es nur in demjenigen Abschnitt transparent ausgebildet ist,
wo die Testpapierchen plaziert werden, wodurch dann durch den optischen
Detektor 24 aufgenommen wird.
Wie oben gesagt wurde, ist es durch Überwachen
der Reaktionsprozesse in jeder Reaktionszelle 16 durch
Bewegen des linearen Antriebsabschnittes 21 in passender
Weise parallel dazu möglich,
die Messung mit einer Genauigkeit durchzuführen, die derjenigen gleicht,
die mit einem großformatigen
automatischen Analysegerät
gemacht wird. Die Analysekassette 1 wird mit Beendigung
der Messung entsorgt.
Wie weiter oben bereits erwähnt, werden beim
herkömmlichen
chemischen Analysegerät,
in welchem die Einheit eines Entsorgungstyps verwendet wird, die
Posten der Messung bereits durch den Hersteller derselben bestimmt.
Daher muss die Analyse über
eine Vielzahl von Einheiten hinweg wiederholt werden, oder die Messung
muss sogar für
nicht benötigte
Posten durchgeführt
werden, bis das Ergebnis der Kombination dieser Posten für die aktuell benötigte Analyse
vorliegt. Deshalb ist dieses Analysegerät nicht wirtschaftlich.
Im Gegensatz dazu wird der Entsorgungstyp der
Analysekassette 1 im chemischen Analysegerät der vorliegenden
Ausführungsform
verwendet, so dass es möglich
ist, die Testposten willkürlich
und unabhängig
durch den Benutzer selber zu wählen,
ohne an Bequemlichkeit der Wartung und Handhabung und der Tragbarkeit
desselben zu verlieren. Die Reagenzflaschen 23 werden nämlich gemäß den Posten gewählt und
im Hauptgehäuse 2 des
Analysegeräts installiert,
die häufig
vom Benutzer in Abhängigkeit von
den Gebrauchsumständen
verwendet werden. Weiter ist es möglich, die Messung durch weiteres Auswählen der
am besten geeigneten Kombination unter den Reagenzflaschen 23 vor
der Analyse durchzuführen.
Weil außerdem
alle Teile, bei denen Blut benutzt wird (d.h. die Analysekassette)
Abfall ist oder entsorgbar ist, besteht keine Notwendigkeit für eine Bearbeitung
mit Wasch- oder Spülflüssigkeit und/oder
eine Behandlung der Abfallflüssigkeit,
so dass die Wartung leicht ist. Da weiter als Wirkung gemäß der vorliegenden
Erfindung die Struktur der Analysekassette 1 nach Form,
Größe und Spezifikation
immer gleich ist, können
die Kosten der Kassette durch die Massenherstellung derselben deutlich
verringert werden.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 4(A) bis (E) erläutert.
Das Hauptgehäuse 2 des Analysegeräts ist das
gleiche wie bei der in 1 dargestellten
Ausführungsform.
Die zweite Ausführungsform
unterscheidet sich aber von der ersten Ausführungsform hinsichtlich der
Probenahmemethoden zum Bestimmen der Menge des Serums 4 in
der Analysekassette 1 sowie hinsichtlich der Zufuhr und
Ermittlung des Reagenzmittels. Wie in 4(A) dargestellt,
ist in der Analysekassette 1 der vorliegenden Ausführungsform
ein Drehventil 17 hinter dem Einleitungsabschnitt 11 für das Blut 4 vorgesehen,
wodurch kein Schiebe-Mengenbestimmungsventil 14 benötigt wird. Durch
Bilden von Verteilungsflussdurchgängen 171 in radialer
Richtung des Drehventils 17 wird nämlich nicht nur das Unterteilen
durchgeführt,
sondern auch die Mengenbestimmung. Wenn Blut eingeleitet wird, befindet
sich das Drehventil 17 in einem Zustand, bei dem es nicht
mit den feinen Flussdurchgängen 13 in Verbindung
steht; und es wird zum Verbinden mit den feinen Flussdurchgängen 13 gedreht,
wenn das Blut in den am Drehventil 17 vorgesehenen verteilten Durchgängen eingefüllt ist.
Wie in 4(A) dargestellt
ist, sind entlang des Weges der feinen Flussdurchgänge 13 Abschnitte 132 vorgesehen,
von denen sich jeder stufenweise erstreckt. Angeschlossen an diese
sich erstreckenden Abschnitte 132 sind Reaktionszellen 16 angeordnet.
Ein oberer Teil dieser sich erstreckenden Abschnitte 132 sind
jeweils entsprechend als dünne
Filme 162 ausgebildet, so dass der Injektor 226 leicht
in sie eingedrückt
oder eingestochen werden kann. Weiter sind vor oder hinter der Reaktionszelle 16 Reflexionsabschnitte 163 zum
Einführen
und/oder Emittieren von Licht in und/oder aus der Reaktionszelle 16 vorgesehen.
Auf dem Drehventil 17 sind nicht nur radiale Flussverteilungsdurchgänge 171 angebracht, sondern
auch Durchgänge 172 zum
Durchleiten von Druckluft in die dazu symmetrischen Positionen.
Weiter werden Injektoren zum Liefern der Druckluft vorbereitet.
Die Drehung des Drehventils 17 wird bei der vorliegenden
Ausführungs form
von Hand durchgeführt,
doch kann auch ein Mechanismus zum automatischen Drehen des Hauptgehäuses des
Gerätes vorgesehen
werden. Auch die Zufuhr der erwähnten Druckluft
kann vom Hauptgehäuse
des Gerätes
aus automatisch durchgeführt
werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Reagenzmess – und – entladepumpe 22 in
sich die Injektoren 226 zur Verwendung beim Eindrücken oder
Einstechen anstelle der Düsen.
Weiter umfasst der linerare Antriebsabschnitt 21 des Hauptgehäuses 2 des
Gerätes weiter
einen Mechanismus im Inneren, der zum Anheben der Analysekassette 1 dient.
Das Gerät mit dem beschriebenen Aufbau führt folgende
Operationen durch. Zunächst
wird die Analysekassette 1 in den linearen Antriebsabschnitt 21 des
Hauptgehäuses 2 des
Gerätes
eingesetzt. Der lineare Antriebsabschnitt 21 verschiebt
dieselbe so, dass die Reaktionszellen der Analysekassette 1 in
den untersten Positionen der vorbestimmten Reagenzflaschen 23 plaziert
werden. Als nächstes
wird er nach oben bewegt, so dass der Injektor 226 zum Eintauchen
in den Film 162 im oberen Abschnitt der Reaktionszelle 16 eingesteckt
wird. In diesem Zustand wird die Reagenzmess- und -entladepumpe 22 betätigt, und
eine vorbestimmte Menge an Reagenzmittel 3 wird durch den
Injektor 226 in die Reaktionszelle 16 injiziert.
Diese Operation wird bei den anderen neun Reaktionszellen in gleicher
Weise wiederholt. Danach wird, wie in 4(C) dargestellt,
die Analysekassette 1 aus dem Hauptgehäuse 2 des Gerätes herausgenommen
und in Berührung
mit dem Injektor 41 gebracht, in die das Blut als Probenflüssigkeit
eingefüllt
ist, so dass es in den Einleitungsabschnitt 11 der Probe
eingetropft wird. Nur das Serum des Blutes wird in die feinen Flussdurchgänge 13 durch
das Filter 12 verteilt. Das Serum gelangt durch Kapillarität bis zu
dem Stufenabschnitt 132 der feinen Flussdurchgänge 13,
stoppt aber seine Vorwärtsbewegung
infolge der Stufen.
In diesem Moment wird, wie in 4(C) gezeigt, das Drehventil 17 so
gedreht, dass die feinen Flussdurchgänge 13 an der oberen
Strömungsseite derselben
so gedreht sind, dass sie sich an die Durchgänge 172 für die Druckluft
anschließen.
Dadurch wird das Serum 4 in
jedem der feinen Flussdurchgänge 13 durch
eine vorbestimmte Menge desselben zu einer Probe gemacht. Weiter wird
durch Einschieben des Injektors zum Liefern der Druckluft in den
Einführungsabschnitt 11 derart,
dass die Luft in den Durchgang gelangt, das Serum in jede der Reaktionszellen 16 entladen
oder ausgestoßen. Durch
das Fließen
des ausgestoßenen
Serums und der Stärke
oder Kraft der nachfolgenden Luft wird das Mischen des Serums mit
dem Reagenzmittel verstärkt.
Als nächstes wird die Analysekassette 1 in den
linearen Antriebsabschnitt 21 des Hauptgehäuses 2 des
Gerätes
erneut eingeschoben. Falls die Mischung nicht bei der vorherigen
Operation befriedigend ausgefallen ist, kann sie in Kontakt mit
einem Mischer 164 zum Emittieren von Ultraschallwellen
in die Reaktionszelle in Verbindung gebracht werden, so dass sie
darin akustisch gemischt wird, wie in 4(D) dargestellt
ist, je nach Lage des Falles. Wenn die Emission von Farbe entsprechend
dem Voranschreiten der Reaktion beginnt, wird das Absorptionsspektrum
oder die Lichtemission in den aufeinanderfolgenden Reaktionszellen 16 in
der gleichen Weise ermittelt wie bei der ersten Ausführungsform.
In diesem Zeitpunkt wird der optische
Detektor 24 unter der Analysekassette 11 positioniert,
wie in der 4(E) gezeigt
ist, und es wird Licht auf die Reflexionsabschnitte 163 gestrahlt,
die vor und hinter der Reaktionszelle 16 angebracht sind,
so dass das Licht von unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche in der Reaktionszelle 16 her
durchtreten kann, wodurch eine Messung mit hoher Genauigkeit ohne
Einwirkung von negativen Einflüssen
aufgrund von Blasen usw. auf der Oberfläche der Flüssigkeit durchgeführt werden
kann.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die 5(A) bis (C) erläutert. Die
Struktur des Gerätes gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ist nahezu die gleiche wie die der ersten Ausführungsform. Ein Unterschied
dieser gegenüber
besteht allerdings darin, dass weiter ein Hebemechanismus im linearen Antriebsabschnitt 21 vorgesehen
ist, so dass die Düse
225 der
Reagenzmess – und – entladepumpe 22 direkt
in engem Kontakt mit der Analysekassette 1 in der Position
der zweiten feinen Flussdurchgänge 13 derselben
kommt. Daher ist es nicht erforderlich, das ausgeschnittene Fenster
in der Position entsprechend dem Reaktionsabschnitt auf dem Substrat zum
Testen des oberen Substrats der Analysekassette 1 vorzusehen.
Wie in 5(B) dargestellt
ist, wird in der gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform die
Analysekassette 1, nach der Probennahme einer bestimmten
Menge von Serum durch das Schiebe-Mengenbestimmungsventil 14,
in den linearen Antriebsabschnitt 21 des Hauptgehäuses 2 des
Gerätes
eingesetzt. Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
kommt die Düse 225 der
Reagenzmess – und – entladepumpe
direkt in Berührung
mit der zweiten feinen Öffnung 142 der
Analysekassette 1. Wenn das Reagenzmittel in diesem Zustand
injiziert wird, wird, wie in 5(C) dargestellt,
das Reagens 3 in die Reaktionszelle 16 während des
Schiebens des Serums darin ausgestoßen. Aufgrund des während des
Ausstoßens
erzeugten Fließens
werden das Reagenzmittel 3 und das Serum miteinander vermischt. Die
Luft in der Reaktionszelle 16 wird durch die Luftöffnung 165 nach
außen
abgeführt,
so dass sie nie komprimiert oder gedämpft wird. Anschließend werden,
in gleicher Weise wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform,
die Intensitäten
des Spektrums und die Lichtemission unter Benutzung der Reflexionsabschnitte 163 gemessen,
die vor und hinter der Reaktionszelle 16 angebracht sind.
6 zeigt
ein chemisches Analysesystem. Das System ist durch Unterteilen des
Hauptgehäuses
des Analysegeräts
der ersten Ausführungsform in
eine Vorrichtung oder ein Gerät 5 für die ausschließliche Verwendung
zum Laden der Reagenzien entworfen (d.h. umfassend die Reagenzflaschen, eine
Gruppe von Reagenzmess – und – entladepumpen,
den linearen Antriebsabschnitt, den Signalprozessorteil und die
Steuervorrichtung), sowie in eine Analysegerät-Endabschlusseinrichtung 6 für die ausschließliche Verwendung
bei der Analyse der Analysekassette (d.h. umfassend den linearen
Antriebsabschnitt und den optischen Detektor). Die Analysegerät-Endabschlusseinrichtung 6 ist
mehrfach vorhanden.
Das vorliegende System wird in folgender Weise
benutzt. Zuerst werden die Reagenzien 3 vorher in die Analysekassette 1 unter
Benutzung der exklusiven Vorrichtung oder des Gerätes 5 zum
Laden der Reagenzien eingebracht, j e nach den Erfordernissen des
Benutzers derselben. Indem so verfahren wird, ist es möglich, eine
große
Anzahl von Analysekassetten 1 an einer Stelle in der Nähe des Arbeitsplatzes
der Benutzer vorzubereiten, die mit den erforderlichen Posten vertraut
sind. In Reichweite jedes Benutzers befindet sich nur die Analysegerät-Endabschlusseinrichtung,
so dass die Analyse nur durch Eingeben des Blutes 4 in
die Analysekassetten 1 durchgeführt wird, welche im voraus
gefüllt
und vorbereitet wurden. Bei einem solchen Analysesystem können die
Kosten für
die Analysegerät-Endabschlusseinrichtung 6 selber
herabgesetzt werden, so dass es möglich ist, dieselben auf eine
viel größere Anzahl
von Benutzern zu verteilen. Bekanntlich ist es durch Anschließen dieser
Endgeräte 6 und der
Reagenzladevorrichtung 5 durch ein Netz möglich, Informationen
sowohl über
den Versorgungszustand (d.h. Mangel oder Überschuss) der Analysekassetten 1,
als auch über
den Herstellungs- oder Zubereitungszustand zu überwachen, und weiter Gebrauch
von Verbesserungen in bezug auf die Zuverlässigkeit der Analysewerte aufgrund
der gegenseitigen Mitteilung der gemessenen Daten zwischen den Endgeräten zu machen.
Gemäß der oben angegebenen Beschreibung
wurde ein kleines und tragbares Analysegerät geschaffen bei dem die Reagenzien
durch den bzw. die Benutzer unbehindert bzw. nach Gutdünken festgesetzt
bzw. geladen werden, je nach den geforderten Analyseposten, so dass
das Analysegerät
ohne Klempnerarbeiten für
die Wasch- bzw. Spülflüssigkeit und
die Abfallflüssigkeit
etc. leicht gewartet werden kann.