DE2123210A1

DE2123210A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von chemischen und/oder biologischen Reaktionen

Info

Publication number: DE2123210A1
Application number: DE19712123210
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Kenneth Dawson Bagshawe, London
Priority date: 1970-05-13
Filing date: 1971-05-11
Publication date: 1971-11-25
Also published as: DE2123210C2; FR2092146A1; GB1354286A; JPS5738862B1; FR2092146B1; US3825410A; CA962174A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Durchführung von chemischen und/oder biologischen Reaktionen in Laboratorien, Kliniken und Untersuchungsräumen. Sie findet besondere Anwendung bei Reaktionen, die zur Peststellung und quantitativen Bestimmung von natürlichen und synthetischen Proteinen, Polypeptiden und einer Vielzahl anderer molekularer Komplexe einschließlich von Steroiden und Arzneimitteln dienen.

Die Erfindung ist besonders anwendbar auf die Teohniken der Sättigungsanalysen einsoblieBliob der radioaktiven Antikörperprobea. Bei der Sättigungsanalyse geht es darum, eine progressive Sättigung der zu untersuchenden

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Verbindung durch ein spezifisches Reagenz vorzunehmen. Bei den radioaktiven Antikörperproben ist das spezifische Reagenz ein Antikörper, und das analytische System enthält eine bekannte Menge einer Substanz, die zu messen ist und durch ein radioaktives Isotop identifizierbar ist. Die Substanz, die zu messen ist, wird im nachfolgenden als Ligand bezeichnet. Die quantitative Messung erfordert die Abtrennung des freien Ligandeji von der Verbindung. Es können sowohl der freie Ligand als auoh die Verbindung des Liganden oder beide gemessen werden.

Diese Verfahren haben einen potentiell weiten Anwendungsbereich, sind aber bisher in ihrer Verwendung begrenzt worden, weil erstens die spezifischen Reagenzien, die erforderlich sind, zu schwierig in einem nicht spezialisierten Laboratorium hergestellt werden können und zweitens die gegenwärtige Methodik in ihrer Verfügbarkeit nicht dem temporalen und spatialen Bedarfsmodell entspricht. Die vorliegende Erfindung offeriert eine Lösung für diese Nachteile durch die Schaffung eines neuen Verfahrens, in welchem einige besondere Komponenten verwandt werden. Außerdem ist jede Komponente an sich neu und kann unabhängig verwandt werden.

Erfindungsgemäe werden die Reaktanten, die in den verschiedenen Verfahren von Sättigungsanalysen benutzt

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werden und bei denen ein radioaktives Markierungsmittel verwandt wird, in einer vorangehenden Arbeitsweise in Ante ilenabgegeben., die für die einzelnen Reaktionen erforderlioh sind und in demselben. Behälter in einer stabilen Form gelagert. Zur Zeit der Probenarbeit wird die Reaktion in dem Behälter durch den Zusatz eines Verdünnungsmittels ausgelöst oder durch einen Anteil der Probe, duroh ein weiteres Reagenz oder eine Kombination dieser Mittel. Wenn die Reaktion fortschreitet, kann zusätzliches Agenz zugesetzt werden und nachdem die Reaktion beendet ist oder in einem anderen definierbaren Zustand der Reatkion, kann die Komponente gemessen werden, oder ein repräsentativer Anteil derselben wird von den anderen Komponenten der Reaktion abgetrennt, aus dem Behälter entfernt und zusammen mit den relevanten Bestimmungsdaten in einer Form präsentiert, die eine Quantifizierung und Resultatsangabe ermöglicht.

Um den Ablauf dieses Prozesses zu erleichtern, sind eine Anzahl neuer Vorrichtungen vorgesehen.

Die hauptsächlichste Vorrichtung ist eine Reaktionszelle, die so ausgestaltet ist, daß sie die Zugabe der Reaktanten in einen Behälter geeigneter Größe und Form erleichtert, die Stabilisierung der so zugegebenen Reaktanten ermöglicht, ihre Lagerung und ihren Transport unter verschiedenen Bedingungen von Temperatur und Feuchtigkeit,

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die Zugabe von Proben von Verdünnungsmitteln oder anderer Agenzien und die Auslösung der Reaktion und sohließlioh die Abtrennung der Komponenten, die zu messen ist von den anderen Komponenten der Reaktion.

Die Stabilisierung der Reaktanten kann duroh eins von zwei alternativen Verfahren erfolgen. Das ersten Verfahren siebt eine sehr schnelle Gefrierung der Reaktanten vor, an die sioh eine Gefriertrocknung anschließt, und zwar innerhalb desselben einräumigen Behälters, so daß, obwohl die Reaktanten miteinander vermischt sind zur Zeit der Zugabe, die Reaktion nicht stattfindet, und zwar in erster Linie wegen der !Temperatur und zweitens wegen der Entfernung des Wassers. Bas zweite Verfahren besteht darin, jeden Reaktanten in eine besondere Kammer einer Reaktionszelle zu geben, in der eine Gefriertrocknung vorgenommen wird. Die Reaktionszelle ist so konstruiert, daß die Reaktanten getrennt voneinander gehalten werden, bis die Reaktion ausgelöst wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die Kammern miteinander in Verbindung gesetzt, so daß die Reaktion ablaufen kann. Die Probe, das Verdünnungsmittel oder andere Agenzien können dann zugesetzt werden. In einem besonderen Ausgestaltungsbeispiel können beide Verfahren vereinigt sein.

In einer bevorzugten Ausbildung der Reaktionszelle wird eine Filtration unter Verwendung eines äußeren FiI-

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ters vorgenommen. Der Filter bat dann die Form eines Bandes aus Filtermaterial oder ist ein Trägerband, das in bestimmten Intervallen Filter enthält. Um die Filtration durchzuführen, ist der Boden dieser Reaktionszelle perforiert oder sonstwie geöffnet, so daß der Inhalt der Zelle direkt auf das Filtermaterial überführt werden kann.

Andererseits kann die Reaktionszelle innen durob andere Einrichtungen zur Filtration oder zum Sammeln der interessierenden Komponente ausgestaltet sein als auoh für die Fraktionierung oder die Trennung der interessierenden Komponente von dem anderen Inhalt der Reaktionszelle, um deren Abtrennung zur Untersuchung zu erleichtern. Die Zelle kann so ausgestaltet sein, daß sie zentrifugiert werden kann, um die Sammlung oder Abtrennung der interessierenden Komponente zu begünstigen.

Die zu messende Komponente kann auf eine herausnehmbare Scheibe aus Kunststoff oder Glas in der Reaktionszelle absorbiert werden oder auf eine FiItermembrane abgeschieden werden. Der Filter kann so innerhalb der Reaktionszelle angeordnet sein, daß der gesamte Trennprozeß innerhalb der Reaktionszelle unter Verwendung der Schwerkraft oder durob Vakuum vorgenommen wird, derart, daß das Filtrat durob das Filter bindurohgedrüokt wird. Am Snde eines eoloben Verfahrens kann die Adsorptionssobeibe oder das Filter aus der Reaktionszelle entfernt und der Auswertung der Radioakti-

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vität unterworfen werden. Dies kann auf drei verschiedenen Wegen erfolgen. Die Scheibe kann entweder in ein Zentrallaboratorium zum Zählen und Berechnen gebracht werden, oder sie kann in einem konventionellen Isotopenzählapparat gezählt werden, und schließlich kann die Scheibe auf einer Karte oder einem flexiblen Band befestigt sein entsprechend dem hiernach beschriebenen neuen Verfahren.

Zu Beginn der Reaktion werden die sich auf die Proben und die Reagenzien beziehenden Daten der entsprechenden Reaktionszellen in eine Fernsohreibvorriohtung gegeben, die eine Beschreibung der Reihenfolge der eingegebenen Proben erzeugt und einen in der Reihenfolge entsprechenden Lochstreifen derselben Daten. Diese werden dazu benutzt, die riohtige Probenreihenfolge sicherzustellen und die Bereobndung der Ergebnisse zu erleichtern. Der Loohstreifenausgang des Fernschreibers, der in einer späteren Stufe des Verfahrens zur Berechnung benutzt wird, wird nachfolgend als Informationsband beschrieben.

Wenn die Filtration außerhalb der Reaktionszelle stattfindet, kann eine besondere Piltrationseinheit benutzt werden, unjeine schnelle und gleichmäßige Arbeitsweise zu erhalten. Diese besondere Filtrationseinbeit stellt Filtermembranen zur Verfügung, die an dem Piltrationsort genau registriert werden und bewirkt auch eine entsprechende Anordnung einer jeden ReaBrtionszelle· Ein

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Transportband oder eine äbnliobe Einrichtung kann in der Filtrationseinheit Torgesehen sein, um die Reaktionszellen aufzunehmen and sie zur Filterstelle hin- and zurüokzutransportieren. Nachdem dieser Ort festgelegt ist, kann die Reaktionskammer der Reaktionszelle mit dem Filterbett durch einen entsprechenden Meohanismus der Filtrationseinheit in Verbindung gebracht werden. In der Filtrationseinheit kann Vakuum angelegt werden und Waschflüssigkeit duroh die Reaktionszeit und das Filter in konstanter und reproduzierbarer Art hindurohgegeben werden. Die Filtrationseinheit kann ferner eine quantitative Sammlung und Isotopenzählung des Filtrats vornehmen oder die Beseitigung des Filtrate bewirken und das Filterträgerband von einer Spule oder Spulen abziehen und dieses entweder direkt einem Isotopendetektor zuführen oder einer Auf wioke!spule. Die letzteren alternativen Möglichkeiten gestatten verschiedene Arbeitsgeschwindigkeiten der Filtration und der Isotopenzählung.

Wenn Filtration oder Adsorption innerhalb der Zelle angewandt werden, werden die Filtermembranen oder die Adsorptionsscheiben aus der Zelle entfernt und auf geeignete Karten oder Trägerbänder abgelegt. Die Trägerkarten oder Trägerbänder können die weitere Funktion haben, entschlüsselte Proben und Reaktantendaten alternativ zu dem oben erwähnten Fernschreibersystem zu tragen. In diesem

Falle kann die radioaktive und zu messende Komponente der Reaktion direkt mit den Informationen in Verbindung gebracht werden, die sieb auf die Reaktion beziehen, so daß sichergestellt ist, daß die Ergebnisse mit einer entsprechenden Probe verbunden sind. Diese Trägerkarten und Träger band er können auoh gelocht sein, so daß Stifträder oder andere Markierungseinrichtungen ihre genaue Übereinstimmung an den verschiedenen Stellen des Verfahrens gewährleisten. Das Filterträgerband oder -trägerkarte kann direkt in den Isotopendetektor auf einem Transportband eingeführt werden oder kann dem Detektor auf einer Spule oder in Form eines Kartenstapels zugeleitet werden. Der Detektor besitzt einen Kopf, welcher die Radioaktivität des Filters oder der Adsorptionssoheibe feststellt und den Ausgang dem Isotopenzählgerät zuführt. Dieses hat die weitere Funktion, die verschlüsselten Daten auf dem Informationsband oder auf den Filterträgerkarten oder dem Trägerband zu lesen und diese einem Computer oder einem Rechner oder einer sonstigen Vorrichtung zuzuführen. Duroh diese Anordnung kann die Isotopenaktivität auf einer Musterscheibe mit einer Bezugssoheibe in Verbindung gebracht werden oder mit Daten, die von einem solchen Bezugsmaterial stammen und mit weiteren Korrekturfaktoren, wobei das Ergebnis der Untersuohungsreihe in Standardeinheiten ausgerechnet sein kann, das von einer Schreibvorrichtung zusammen mit den Identifikations-

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daten, der Probe ausgedruckt wird.

Die einzelnen Karten, welche den Filter oder die Adsorptionssobeibe aufnehmen und die verschlüsselten Daten können mit Vertiefungen oder Klebstofffläoben versehen sein, an denen die Filterraembranen befestigt werden und/ oder um die Karten, untereinander zu einem Band zu verbinden.

Die Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

In der Zeichnung stellen dar:

Pig. 1 einen Vertika!schnitt duroh eine Ausgestaltungsform einer mebrräumigen Reaktionszelle, Pig. 1A einen Ooolusivstab für eine solche Zelle, Pig. 1B eine Perforationssonde für eine solohe

Zelle,
Pig. 10 eine Adsorptionssobeibe für eine solche

Zelle,

Pig. 2 einen Grundriß einer Zelle, Pig. 3 einen Sobnitt durch einen Adsorptionsteil

für eine Zelle gemäß Pig. 1, Pig. 4 und 5 jeweils einen Schnitt bzw. einen

Grundriß einer anderen Zellenform, Fig. 6 ein Diagramm einer Vorrichtung für eine

äußere Filtration,

Fig. 7 und 8 jeweils Seitenansicht und Draufsioht in sobematiscber Darstellung eines Filterträgerbandes oder einer Karte,

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Hg, 9 eine Form der Isotopenfeststelleinrioh-

tung und der dazugehörigen Zuführvorrichtung und
lig. 10 das ganze Fließbild des Analyseverfahrens.

Die Reaktionszelle ist als Behälter ausgebildet, und zwar derart, daß die Reagenzien darin in einem stabilen, nicht reaktionsfähigen Zustand vor der Zugabe der Probe verbleiben und um anschließend ihre Wechselwirkung mit der Probe zu begünstigen und schließlich Identifizierung und Quantifizierung eines Anteils der Reaktionspartner zu ermöglichen.

Die Reaktionszelle ist vorzugsweise aber nicht unbedingt zylindrisch von Gestalt und zentrifugierfähig. Sie besteht aus einem Block mit einer Mehrzahl von Kammern oder Kanälen oder auch der leiohteren Herstellung und Torbereitung wegen aus mehreren aufeinanderpassenden Einzelteilen, die zusammen die Kammern oder Kanäle bilden.

Die Reaktionszelle kann aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein, jedoch sind nicht benetzbare Kunststoffe, beispielsweise Polystyrol oder Polypropylen, vorzuziehen. Auch eine Kombination fester und halbfester Kunststoffe und flexibler Kunststoffe, beispielsweise Polyäthylen oder Gelatine, können verwandt werden.

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Solche Reaktionszeiten lassen sioh auf die verschiedenste Weise ausbilden. Außerdem kann jede Reaktionszelle aus einer Anzahl identischer Einzelteile bestehen oder aus einer Anzahl voneinander abweichender und mehr oder weniger spezialisierten Einzelteilen, oder sie kann ein einheitliches Gebilde sein. Sie jeweilige besondere Form der Reaktionszelle ist in den Pig. 1 und 2 dargestellt und umfaßt vier ähnliche Einzelteile.

Jedes Einzelteil 11 besitzt eine abgewandelte zylindrisohe Gestalt mit einem oberen Axia!flansch 12, damit ein im Durchmesser verringertes Teil 13 am unteren Ende in ein ähnlich ausgestaltetes Einzelteil eingesetzt werden kann. Die gegeneinanderliegenden Flächen 14 der Flansohe 12 und das im Durohmesser verringerte Teil 13 sind leicht konisch, so daß man eine gute Abdichtung erhält. Andererseits können sie mit geeigneten Verbindungsmitteln, beispielsweise Gewindegängen oder Zungen usw., verseben sein. Im Innern befindet sich in der Nähe des unteren Endes eines jeden Plansohes 12 eine schmale Schulter 15, und unter dieser verläuft die Innenwand 16 des darunterliegenden Einzelteiles parallel oder trichterförmig zur Mitteiaobse bin. In der Innenwand 16 können, falls gewünsoht, ein oder mehrere zusätzliche Schultern oder Ausnehmungen gebildet sein, damit eine Ooolusivstange 20, wie in Fig. 1A gezeigt, einsetzbar ist und/oder eine Perforiersonde 21,

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wie in Fig. 1B gezeigt. Diese Ooclusivstaagen und Perforiersonäen können im Innern Kanäle 27 enthalten, über die man Wasohflüssigkeit während des Filtrierens in die Reaktionszelle einleiten kann.

Die trichterförmige Innenwand mündet in eine Basisfläohe 17 aus, die eine solche Festigkeit besitzt, daß sie unter mittleren Besohleunigungsbelastungen, die während des Gebrauchs auftreten können, nicht zerbricht (falls das
nicht gewünscht wird), aber die leicht von einer geeigneten Sonde durchstoßen werden kann. Die Perforierung kann durch die Anordnung einer Nut in der Basisfläohe erleichtert
werden. Die Schulter 15, die unterhalb des oberen Flansches gebildet ist, stellt einen Anschlag dar, der die Eindringtiefe begrenzt, wenn das untere Ende eines Einzelteiles 11 in das obere Ende eines weiteren Einzelteiles eingesetzt
wird. Sie kann auch als Haltering für ein Filterlager und für die Filtermembrane dienen. Das Filterlager 18 ist eine feste oder halbfeste Scheibe, beispielsweise aus porösem
Polyäthylen mit einer Poren- oder Masohengröße, die größer ist als die der Filtermembrane. Die Filtermembrane 19 wird entsprechend der Porengröße oder anderer Charakteristika
ausgewählt, derart, daß sie gebundene Liganden zurückhält, aber freie Liganden hindurohläßt und kann aus Zelluloseazetat oder einem Glasfaserfilm oder einem anderen geeigneten Material bestehen.

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Wenn die Verwendung bei der Filtration mit einem besonderen Filterbett erfolgt, werden das innere Filter 19 und der Filterträger 18 weggelassen. Wenn die innere Filtration unter Anlegung von Vakuum erfolgt, wird die Basisfläotae 17 weggelassen. Wenn die Filtration duroh Zentrifugieren herbeigeführt wird, kann in der Wand des untersten Einzelteiles ein feiner Kapillarkanal angeordnet sein, damit die Luft, die durob das einströmende Filtrat verdrängt wird, entweicht.

Alternativ zu dem Filtrationssystem kann die Reaktionszelle beispielsweis in dem untersten Einzelteil 11 eine herausnehmbare, den Reaktanten tragende Membrane enthalten, die aus Polystyrol oder einem anderen geeigneten Material hergestellt ist, auf der adsorbierte oder sonstwie auf ihrer Oberfläche haftende Reaktanten vorhanden Bind, Im Gebrauoh wird die Membrane in die Reaktantenlösung eingetaucht. Eine solche Membrane 22 iet in Fig. 10 dargestellt, und sie kann so angeordnet sein, daQ sie auf einer oder auf beiden Oberflächen völlig freiliegt. Um die Perforation der Basisfläohe 17 eines Einzelteiles zu erleichtern und das Waschen der Membrane, ist der Mittelteil der Membrane, wie bei 2? gezeigt, mit einer öffnung versehen.

Fig. 3 zeigt eine andere Form eines Einzelteiles 24, dessen innere Kammer 25 zylindrisch ist und eine Erhebung

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26 aufweist, die über den Boden, hinaussteht und auf welcher die Adsorptionsmembrane 22 ruht.

Pig. 4 und 5 sseigen eine andere Ausgestaltung der Reaktionszelle, bei der verschiedene Kammern 28 in Verbindung tnit einer im wesentlichen zylindrischen Einheit 29 durch eine Winkelbewegung der Zelle, in der die Kammern 28 gebildet sind, gebraoht werden kann. Die Kammern sind in Form von Bohrungen gebildet, die sioh in axialer Richtung, aber versetzt zur Rotationsachse, erstrecken. Die relative Winkelbewegung wird durob die Anordnung von Handhaben 30 auf den Einzelteilen erleichtert.

In dem Vorbereitungslaboratorium werden die Reaktionszelle und andere Seile einschließlich der Filterscheibe 18 in entsprechende Lösungen gebracht, durch die eine nicht spezifische Adsorption des Reagenzes inhibiert wird.

Die Reagenzien können in die Kammern oder in die Einzelteile 11 oder 28 in flüssiger Form eingebracht werden oder als abgemessene Mengen eines Gels, eines Pulvers oder einer kristallinen Substanz oder auch in Form von Kapseln. Die bevorzugte Methode ist die Zuteilung in Form einer Flüssigkeit, die dann gefriergetrocknet wird, wobei trockenes Gas oder Luft in dem Einzelteil eingeschlossen wird. Jede Gefriertrocknung kann getrennt für sioh erfolgen, wobei jedes weitere Einzelteil dazu benutzt wird,

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den. labalt des darunterliegenden Einzelteiles abzudichten. Andererseits ist es auch möglich, zwei oder mehr Einzelteile derselben Reaktionszelle in einer Stufe einer Gefriertrocknung zu unterwerfen.

In den weiteren Einzelteilen oder darunterliegenden Einzelteilen können Pufferlösungen, 3?ällungslösungen und andere Agenzien enthalten sein. Man kann auch Reaktionszellen vorbereiten, die entsprechende Mengen von Bezugspräparaten eines Liganden enthalten.

Das Vorbereitungslaboratorium kann auch von jedem Reagenz und dem Bezugsstandard Proben entnehmen und den daraus ableitenden Informationen das Analysenlaboratorium mit Daten versorgen, die sich auf die Analyse beziehen und die eine Terringerung der Anzahl der Bezugsstandarte erlauben, die erforderlich sind oder um die Standardpräparate im Analysenlaboratorium zu umgehen. Im Analysenlaboratorium fügt der Analytiker eine definierte Menge einer Probe oder einer verdünnten Probe der Reaktionszelle nach dem Micro-Syringe oder einem anderen Verfahren zu. Die sich auf die Probe und auf die Reaktionspartner beziehenden Daten werden in diesem Stadium in den Fernschreiber gegeben. Zur selben Zeit, wenn etwa eine aus mehreren Teilen bestehende Reaktionszelle verwandt wird, führt der Analytiker die Perforationssonde 21 ein und drückt sie In. die erste Stellung nieder, damit eine Verbindung mit dem darunterliegenden Teil zustandekommt, worauf

er die Sonde dreht, um eine Durohmischung herbeizuführen. Nach leiohtem Zentrifugieren der Reaktionszelle wird die Zelle für eine Zeitspanne, die sioh duroh die behandelte Probe oder das Huster ergibt, inkubatiert.

Nach der Inkubation werden die Reaktionszellen in die Filtrationseinheit nacheinander eingebracht, und zwar in einer Reihenfolge, wie sie vorher entweder von Hand oder durob den Fernschreiber festgelegt worden ist als die Zugabe der Proben erfolgte.

Fig. 6 zeigt eine Einheit, die zur Filtration verwandt werden kann, und zwar außerhalb der Reaktionszelle. Diese Einheit umfaßt ein Transportband 31» das von einer Vorratsspule 32 abgewickelt wird, über Vakuumfilterköpfe 33 und 34 läuft, um auf eine Aufwiokelspule 35 wieder aufgewickelt zu werden. In Abständen sind auf dem Band 31, wie bei 36 angedeutet, Filterfläohen enthalten. Bas Band wird schrittweise vorwärtsbewegt und die Filter kommen dabei so zu liegen, daß sie mit den Filterstationen übereinstimmen. In der ersten Filterstation 37 kann die Filtermembrane mit einer Lösung benetzt warden, um eine nioht spezifische Adsorption der Reaktanten an der Membrane zu verhindern. Diese Lösung kann beispielsweise Albumin oder eine ähnliche Verbindung enthalten. Sie wird über eine Düse 38 aus einem Vorratsbehälter 39 von einer Pumpe 40 und über die Leitung 41 zugeführt. Überschüssige Lösung, die

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zum Benetzen des Filters diente, kann durch eine Pumpe 43 abgesaugt und über einen Ablauf 44 einer Abwasserleitung zugeführt werden. In der Leitung 44a sind ein Tank 45 und ein Ventil 46 enthalten. Es können auoh andere Einrichtungen üblicher Art vorgesehen werden. In dem Vakuumsystem können zusätzliche Luftleitungen und die Schaumbildung verhindernde Agenzien enthalten sein, damit eine Erstarrung oder ein Ausfällen verhindert wird.

Die erste PiItermembrane wird jetzt schrittweise an die StBlIe 47 über das Porenfilter 48 gebracht, das mit der Vakuumleitung 49 dem Steuerventil 50 und mit dem Sank 45 sowie der Vakuumpumpe 43 und der Abwasserleitung 42 verbunden ist.

Es ist natürlich auoh möglich, das Filtrat zu sammeln und es an eine Zählstelle für flüssige Isotopen zu überführen, um zusätzlich das radioaktive Präparat auszuwerten. Oberhalb der Station 47 sind Einrichtungen zur Haltung und zur Aufnahme einer Reaktionszelle 51 vorhanden und ein Heobanismus 52 ist vorgesehen, der die Perforationssonde 53 duroh die unterste Membrane 54 der Reaktionszelle 51 hindurohstößt, so daß Filtration stattfinden kann. An derselben Stelle 47 oder an einer Vielzahl von ähnliohen Stationen oder an einer darauffolgenden Station wie bei 34 ist eine Waschvorrichtung 55 angeordnet, die über dem oberen Ende der Reaktionszelle 51 liegt. Diese Vorrichtung

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leitet in die Reaktionszelle Waschflüssigkeit von einem Vorratsbehälter 58 vermittels einer Pumpe 59 und einer Rohrleitung 60 ein. Eine solche Station 34 ist ähnlich ausgestattet wie die Station 47, d. h. ebenfalls mit einer Vakuumeinriobtung, die Flüssigkeit durch das Filter zur Abwasserleitung 42 saugt.

Die Reaktionszellen werden einzeln oder in Gruppen zur Filtrationseinheit transportiert. Um ein gruppenweises Bebandeln von Reaktionszellen 61, 62, 63 zu ermöglichen, können die Reaktionszellen nacheinander in einem Magazin, untergebracht sein, das mit einer !Transporteinrichtung 64 versehen ist, welche die Zellen schrittweise weiterbewegt und unter Berücksichtigung der entsprechenden Zeit und der entsprechenden Verweilzeiten. So gelangen sie zu der Filterstation und der Wasohstation und werden anschließend wie bei 65 dargestellt von dem Filterband wegbewegt, um schließlich vernichtet zu werden.

Andererseits kann die Vorbenutzung, die Filtration und das Waschen nacheinander in ein und derselben Station oder an einer Vielzahl ähnlioher Stationen erfolgen.

Nach dem Wasohen wird die Fi It er membrane über eine Trockenvorrichtung 66 bewegt, die ein Heizelement 67 und ein Gebläse 68 enthält. Jenseits dieser Stelle kann eine Vorrichtung angebracht sein, die dafür sorgt, daß eine korrekte Ausrichtung der Filtermembranen in den versohie-

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denen Stationen eintritt. Eine solohe Vorrichtung kann beispielsweise ein Stiftrad 69 sein, das in entsprechende Löcher des FiltertrSgerbandes 31 eingreift. Alternativ oder zusätzlich kann eine Hagnet- oder Fotoeinriohtung oder dgl. 70 angeordnet sein, die entsprechende Markierungen auf dem Trägerband 31 feststellt und ein Signal an die Antriebsvorrichtung für das Trägerband 31 übermitteln und an die Antriebsvorrichtung für die Transportvorrichtung 64 der Reaktionszeilen. Wenn eine Fernsohreibvorriohtung in dem System nicht enthalten ist, kann eine Datenloohvorrichtung 71 vorgesehen sein, die die Paten, die sich auf die Probe und die Reagenzien beziehen, verschlüsselt. Eine solche Vorrichtung kann an der in der Zeichnung angegebenen Stelle angeordnet sein.

Das Trägerband 31 der Filtrieranlage kann auf eine Aufnahmespale 35 aufgewickelt werden, und die gesamte Spule wird nach dem Umwickeln zur Wiedererhaltung der richtigen Reihenfolge überführt, so daß sie die Ausgangsspule für die Isotopendetektorvorriohtung darstellt, oder aber das Band 31 kann direkt der Detektorvorriohtung zugeführt werden, wenn es die Geschwindigkeiten der Filtration und der Zähleinrichtung zulassen.

Alternativ ssar äuSeren Filtration und dort wo innere Filtration verwandt wird, wird nach Beendigung der Inkubation die Perforationssonde in die zweite Stellung ge-

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schoben, damit eine Verbindung mit dem Filterteil stattfinden kann, worauf die Sonde dann in die obere Stellung zurückgezogen wird. Nach dem Zentrifugieren kann ein Einzelteil der Zelle mit einer Pufferlösung der Reaktionszelle zugeführt werden und deren Boden jetzt von dem oberen Ende der Perforationssonde perforiert wird. Dann wird die Reaktionszelle erneut zentrifugiert und die Membrane 18 auf ein Filterträgerband oder eine Karte, wie sie nachfolgend beschrieben werden wird, übertragen.

Wenn das Analysenlaboratorium keine Reohenvorgänge durchführen will oder kann, kann das Vorbereitungslaboratorium eine Isotopenzäh!vorrichtung vorsehen. Die Membrane 18 der Reaktionszelle wird in das Vorbereitungslaboratorium dann zurückgegeben, wo Zählung und Berechnung erfolgt, und das Ergebnis wird dann dem Analysenlaboratorium zugeleitet.

Es soll jetzt auf die Fig. 7 und 8 Bezug genommen werden. In diesen Figuren ist eine Filterkarte oder ein Filterträgerband dargestellt. Die Vorrichtung stellt Einrichtungen zum Transport und zur Ausrichtung der Filtermembrane oder der Adsorptionssoheibe aus der Reaktionszelle auf einen radioaktiven Detektor mit Bezug auf eine Station einer Folge von entsprechenden versetzten Stationen auf einem Trägerband 31 dar. Die Vorrichtung ist ein Streifen oder eine Karte 31 oder ein anderes geeignetes Material, beispielsweise Papier oder Kunststoff, das so ausgebildet

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ist, daß es die Scheibe 72 in einer Ausnehmung 73 aufnehmen kann, derart, daß die Scheibe etwas unterhalb der Oberfläche des Trägers liegt, wobei die Ausnehmung 73 eine Öffnung enthalten kann, so daß die Scheibe 72 auf beiden Seiten freiliegt und nur an ihrem Umfangsrand abgedeckt ist, wo eine Befestigung durch einen Klebstoff oder dgl. erfolgen kann. Der Streifen oder das Trägerband besitzt eine Länge, die ausreioht, einen Filter und zusätzliche Mittel aufzunehmen, die unten beschrieben werden oder um mehrere hundert derartige Filter oder irgendeine andere Anzahl aufzunehmen.

Kurze Stücke können durch einfaohe Einrichtungen, beispielsweise durch hervorstehende Ränder 74 der einzelnen Schichten der Karten mit ihren Enden verbunden werden oder sie können auf einem entsprechenden perforierten kontinuierlichen zweiten Träger Aufnahme finden, um eine solche Länge zu bilden, daß sie auf geeignete Spulen aufgewickelt werden können. Jedes Band oder jede Karte kann, falls gewünscht, zusätzlich Randauskerbungen 76 oder Loohungen 77 für ein Stiftrad enthalten sowie eine mechanische oder fotooptisohe Markierung 78, die eine genaue Ausrichtung der Scheibe 72 in der Detektorstation gewährleistet.

Wenn das Trägerband bei einer Filtration verwandt wird, die außerhalb der Reaktionszelle stattfindet, ist

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das Trägerband mit Filtern versehen, die in den erwähnten Ausnehmungen 73 angeordnet sind. Wenn die filtration innen erfolgt, d. ta. in der Reaktionszelle, oder wenn eine Adsorptionssoheibe benutzt wird, sind die Ausnehmungen leer, bis solche Filter oder Adsorptionssoheiben eingelegt werden.

Außerdem kann, wenn äußere Filtration angewandt wird, die Herstellung dieser Vorrichtung dadurch vereinfacht werden, daß man ein Band verwendet, das aus einem Filterstoff besteht, beispielsweise aus Glasfasern, und das auf dem Trägerband angeordnet ist und duroh Klebstoff, Heftung oder Börtelung mit dem Trägerband verbunden ist.

Zusätzlich zu der Schaffung von Filterstellen kann das Trägerband mit einer Stelle 79 versehen sein, auf der die Daten, die sich auf die Probe und die Reagenzien beziehen, verschlüsselt sind. Die Verschlüsseiung der Daten erfolgt duroh die bereits oben beschriebene Vorrichtung 71.

Es wird nun auf Fig. 9 Bezug genommen. In dieser Figur ist eine Vorrichtung dargestellt, deren Funktion darin besteht, die Radioaktivität auf dem Trägerband 31 festzustellen und die verschlüsselten Daten auf dem Informationsband 80 zu lesen oder auf die verschlüsselten Daten auf dem Band 31 und entsprechende Signale auf die Empfangseinrichtungen zu übertragen. Das Filterträgerband 31_f welches von der Spule 81 abgezogen wird, wird vermittels Rollen 82 über einen Isotopendetektor 83 auf die Spule 84

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gewickelt oder verworfen. Das Informationsband 80 von dem Fernschreiber des Systems kommt von der Spule 85, die koaxial zur Filterträgerspule 81 liegt und wird in entsprechender Weise über Rollen 86 an der Ablesevorrichtung 87 vorbei auf die Aufwioke!spule 88 geführt, die koaxial zur Aufwioke!spule 84 für das Trägerband angeordnet sein kann. Der !Transport des Trägerbandes 31 und des Informationsbandes 80 kann durch Klemmrollen an den Stellen 82 und 86 erfolgen und/oder duroh Stiftrader, wie bei 89 und 90 dargestellt, die mit ihren Stiften in entsprechende Lochungen des Träger- und Informationsbandes eingreifen. Duroh die Verwendung entsprechender Zeitschalteinriohtungen wird der Transport des Filterträgerbandes und des Informationsbandes in einer solchen Weise schrittweise gesteuert, daß bestimmte Inkremente von Vorwärtsbewegung und Verweilen eintreten, und daß an der radioaktiven Stelle und an der Verschlüsselungsstelle Signale abgeleitet und auf entsprechenden zugeordneten Empfängern empfangen werden können. Alternativ oder zusätzlich kann eine Fotozelle 91 oder eine ähnliche Einrichtung vorgesehen sein, die den Vorschub des Trägerbandes steuert, so daß zusätzliche Einrichtungen überflüssig sind oder die Stifträder nicht duroh zusätzliche Einrichtungen ergänzt zu werden brauchen. Eine solche Vorrichtung kann die Stellung eines jede ι radioaktiven Niederschlages feststellen oder einer

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damit zusammenwirkenden Markierung und ein Signal überführen, das die Bewegung des Trägerbandes an einer bestimmten Stelle und für eine Zeitspanne, die zum Zählen erforderlich ist, anhält.

Die Rollenpaare 82, 86 enthalten eine Reibvorrichtung, die einen konstanten Zug auf das Trägerband 31 und auoh auf das Informationsband 80 ausübt, wenn sich diese duroh den Detektorkopf 92 bzw. an dem Lesekopf 87 vorbeibewegen, so daß die Bänder gespannt und zentriert an den Köpfen vorbeilaufen.

Die Vorrichtung enthält Fotovervielfacher, Scintillationsdetektoren oder Geiger-Müller-ZähIröhre oder ähnliche Detektoren 92. Diese Vorrichtungen können hintereinander oder parallel und einzeln oder in mehreren Paaren angeordnet seih. Die AusgangsSignaIe der Detektorköpfe 92 werden der Radioisotopenzählvorriohtung über einen zwiscbengesohalteten Zmpulshöbenanalysator einem Computer zugeführt.

Die Datenlesevorriohtung 87 ist der Form der verschlüsselten Daten auf dem Informationsband 80 angepaßt, so daS, wenn ein Fernschreiber mit einem geloohten Papierstreifen verwandt wird, zu Beginn der Untersuchung für die Verschlüsselung der aufeinanderfolgenden Proben und zugehörigen Daten auoh die Lesevorrichtung eine Lesevorrichtung für einen Lochstreifen ist. Andererseits, wenn auf dem Filterträgerband 31 verschlüsselte Daten enthalten sind,

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kann eine entsprechende Datenlesevorrlobtung 93 Im Wege des Filterträgerbandes liegen, und zwar entweder oberhalb des Detektorkopfes 92 oder unterhalb. Die AusgangsSignaIe dieser Lesevorrichtung werden auf einen angeschlossenen Computer übertragen. Der Computer ist so programmiert, daß er die Daten von der Lesevorrichtung mit den entsprechenden Isotopenzäblsignalen in Verbindung bringt, die entsprechende Rechenvorgänge ausführt und Signale dem Fernschreiber zuführt oder einer anderen Auseobreibvorriobtung.

Pig. 10 zeigt in Form eines Fließbildes den kompletten Ablauf für eine Analyse einer Probe.

Bei 94 wird die Probe in die Reaktionszelle eingeführt und entsprechende Daten in den !Fernschreiber 93 eingespeist, so daß sioh eine Fernschrift 96 der eingeführten Folge von Proben ergibt und ein dazugehöriger, mit Informationen versehener Lochstreifen 97.

Wenn die Reaktion innerhalb der Reaktionsstelle sohließlioh ausgelöst worden ist, wird die Zelle bei 98 inkubatiert und dann auf eine Transportvorrichtung für die Filtration bei 99 gegeben, die weiter oben beschrieben worden ist, und zwar mit Bezug auf Fig. 6. Naoh der Filtration wird die Trägerbandspule 35 bei 100 umgewiokelt und der Isotopendetektorvorriobtung 101, die mit Bezug auf Fig. 9 beschrieben worden war, zugeführt. Das Trägerband und das Informationsband 97 von dem Fernschreiber werden dann zu-

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sammen duroh die Detektorvorriobtung 100 geführt, wobei der Detektorkopf 92 Signale der Isotopenzäh!vorrichtung 103 zuführt, die wiederum den Computer 104 speist, während die Datenlesevorriebtung 87, die mit dem Fernschreiber 95 ■und dem Computer 104 in Verbindung steht, simultan die Daten des Informationsbandes dem Computer zuführt. Die enöliohe Aussohrift erfolgt durch den Fernschreiber 95.

Es sind, viele Abwandlungen der Vorrichtung, wie sie hier beschrieben worden iat, möglich, ohne aus dem Bereich der Erfindung herauszutreten. So kann beispielsweise eine mehrräumige Reaktionszelle verwandt werden, anstatt die Reaktionszelle aus getrennten Einzelteilen aufzubauen. Diese mehrräumige Zelle ist aus einem Stück geformt und enthält durohstoßbare Membranen oder Ooolusionsstäbe, die eine Verbindung zwischen den einzelnen Kammern unterbinden, bis die Reaktion in Gang gesetzt werden soll. Es ist auch bereits darauf hingewiesen worden, wie die Verwendung einer einzigen Reaktionszelle durch die Technik des Schnellgefrierens mit anschließender Gefriertrocknung ermöglicht wird. Anstatt äußere Messungen vorzunehmen, kann in manchen Fällen die Messung an dem Material vorgenommen werden, wenn es noch innerhalb der Zelle ist. Eine Möglichkeit hierzu besteht in der Verwendung eines ohromatografisohen Dochtes oder dgl. innerhalb der Zelle.

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Durchführung von obemisohen und/oder biologischen Reaktionen, beispielsweise SättigungsanaIysen unter Verwendung eines radioaktiven MarkiermitteIs, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaktionspartner, welche verwandt werden, in einer vorangegangenen Stufe in Mengen, die für die einzelnen Reaktionen erforderliob Bind, zugeteilt und gespeichert werden, und zwar in ein und demselben Sehälter in einer stabilen Fora, und daß die Trennung eines gebundenen Liganden von dem freien Liganden duroh öffnen des Bodens des Behälters herbeigeführt wird, damit eine Reaktionslösung einem äuBeren filter zugeführt werden kann oder wobei die Trennung innerhalb des Behälters erfolgt vermittels einer herausnehmbaren Scheibe oder Membrane, auf der ein oder mehrere der Reaktionspartner vorher adsorbiert oder gebunden worden waren.

2. Verfahren nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in dem Behälter durch die Zugabe eines Verdünnungsmittels, einer Probe oder eines weiteren Reagenzes oder einer Kombination soloher ausgelöst wird.

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3. "Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Fortschreiten des Reaktionsprozesses ein oder mehrere weiterer Reagenzien zugeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3> dadurob gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Reaktion oder zu einem anderen definierbaren Reaktionszustand die Komponenten gemessen werden ode? ein repräsentativer Anteil derselben von den anderen Komponenten der Reaktion abgetrennt wird und zusammen mit relevanten Identifizierungsdaten in einer für eine Quantifizierung geeignete Form dargestellt und ausgeschrieben wird.

5. Yerfahren naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanten in eine einzige Kammer einer Reaktionszelle gegeben werden, die den Behälter bildet und unmittelbar einer Gefrierung unterworfen werden, so daß die Reaktion nicht stattfindet, und daß anschließend eine Gefriertrocknung erfolgt.

6. Yerfahren nach einem der Ansprüohe 1 bis 4, dadurob gekennzeichnet, daß die Reaktionspartner in verschiedenen Kammern einer mehrräumigen Reaktionszelle, die den Bebälter bildet, gegeben werden und die zunäohst nicht miteinander in Yerbindung stehen, aber miteinander in Verbindung gebracht werden, wenn die Reaktion ablaufen soll.

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7. Verfahren nach Anspruoh 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeteilten Reaktanten innerhalb der Reaktionszelle gefriergetrocknet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die !Trennung der Komponenten, die zu messen sind, von den anderen Komponenten der Reaktion unter Filtration oder Adsorption innerhalb des Behälters stattfindet.

9. Verfahren nach Anspruch 4 bis 7? dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der zu messenden Komponente von den anderen Komponenten durch Filtration außerhalb des Behälters erfolgt und über eine öffnung im Boden des Behälters.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens naoh Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Reaktionszelle mit einer oder mehreren Kammern, in die verschiedene Reaktanten einbringbar sind und so im stabilen Zustand lagerbar sind und gegenseitig nioht reagieren, bis die Reaktion ausgelöst wird.

11. Vorrichtung naoh Anspruoh 10, daduroh gekennzeichnet, daß sie eine Anzahl von Kammern enthält, die zunächst nioht miteinander in Verbindung stehen.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszelle aus getrennten, aufeinanderpassenden Einzelteilen aufgebaut ist und jedes Einzelteil einen Behälter enthält.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern miteinander und/oder mit einem Filterbett in Verbindung bringbar sind durch eine Perforationssonde Oder einen Ocolusionsstab.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch, gekennzeichnet, daß eine der Kammern eine Filterkammer ist, die mit einer "Filterscheibe oder einer Membrane ausgestattet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeiohnet, daß eine der Kammern eine Adsorpitonskammer darstellt, welche eine Scheibe oder dergleichen enthält, auf der eine Komponente der Reaktion adsorbiert ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern so ausgestaltet sind, daß sie miteinander und/oder mit einem Filter in Verbindung bringbar sind duroh eine relative Winkelbewegung der Einzelteile um eine gemeinsame Achse.

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17. Vorrichtung naoh Anspruch 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Filterträgerkarte vorgesehen ist, die ein Filterband, eine Adsorptionssoheibe oder dergleichen aufnimmt, auf der eine Reaktionskomponente niedergeschlagen ist oder adsorbiert ist und Einrichtungen zur Registrierung der Scheibe während des MisotaVorganges und der sich auf die Reaktion beziehende Daten enthält.

18. Vorrichtung nach Anspruoh 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Karte aus Papier, Pappe oder Kunststoff besteht und mit den Enden weiterer Karten zu einem kontinuierlichen Band verbindbar ist.

19. Vorrichtung nach Anspruoh 17 und 18, daduroh gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Filtereinheit umfaßt mit Einrichtungen zur schrittweisen Bewegung eines Bandes, wodurch jedes einer Reihe von Filtern auf dem Band vorübergehend an einer VakuumfilterateHe zur Ruhe kommt und Einrichtungen, mit denen eine oder eine Anzahl von Reaktionszellen über das Filterband bringbar ist, so daß Reaktionszellen zur Filtration gebracht und wieder wegtransportierbar sind.

20. Vorrichtung nach Anspruoh 19, daduroh gekennzeichnet, de ti über dem obersten Ende einer Reaktionszelle ein Wasota-

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kopf zur Zuführung von Waschflüssigkeit angeordnet ist, wenn sich die Reaktionszelle über dem Filterband befindet und/öder um eine entsprechende Lösung dem Filterband vor der Filtration zuzuführen.

21. Vorrichtung naoh Anspruoh 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Datenentschlüsselungsvorriohtung vorgesehen ist, um Daten zu entschlüsseln, die auf dem sich bewegenden Band verschlüsselt sind und sich auf die Reaktion beziehen, welche in jeder einzelnen Reaktionszelle stattgefunden hat.

22. Vorrichtung naoh Anspruoh 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheit Einrichtungen zum Trooknen des Filters vermittels Wärme und Gebläseluft enthält.

23. Vorrichtung nach Anspruoh 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isotopendetektor vorgesehen ist mit ein oder mehreren radioaktiven Detektorköpfen, die das Trägerband abtasten.

24. Vorrichtung naoh Anspruoh 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor mit einer Datenlesevorriohtung verbunden ist, welohe verschlüsselte Daten auf dem Trägerband oder auf jeder Filterkarte oder auf einem besonderen Informationsband liest, entschlüsselt und ausschreibt.

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25. Vorrichtung naoh Anspruoh 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensorvorrichtung vorgesehen ist, die Stellungsmarkierungen auf dem Trägerband, einer Filterträgerkarte oder einem besonderen Informationsband feststellt und so die richtige Verweilzeit und Ausrichtung zu den Detektorköpfen sicherstellt.

26. Vorrichtung naoh Anspruoh 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerband aus Papier oder Kunststoff hergestellt ist und einen langgestreckten Streifen aus Filtermaterial trägt mit einzelnen Filterstellen in regulären Abständen, so daß an diesen Stellen Filtration auf dem T_rägerband stattfinden kann.

27. Vorrichtung naoh Anspruoh 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerband mit Einrichtungen zur Lokalisierung und Registrierung des Filterbandes zu den Filterstationen versehen ist wie Stiftradlöohern, magnetischen oder fotooptischen Marken oder dergleichen.

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