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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Reaktionsbehältnisse, die
zur Aufnahme chemischer oder biologischer Substanzen verwendbar
sind.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Reaktionsbehältnisse
oder Teströhrchen sind
in der Chemie und Biologie gebräuchlich,
um eine Vielzahl von Assaytypen in einem eingegrenzten Raum durchzuführen. Assays,
die üblicherweise
einen oder mehrere Schritte aufweisen und in Reaktionsbehältnissen
durchgeführt
werden, schließen chemische
Reaktionen, Immunoassays und auf Nukleinsäure basierende Assays ein.
Beispiele für
solche Reaktionen und Assays sind in der verfügbaren Literatur genau beschrieben
und dem Durchschnittsfachmann gut bekannt. Während Reaktionsbehältnisse im
allgemeinen als einzelne Einheiten oder Teströhrchen hergestellt und verkauft
werden, ist es in der Praxis üblich,
Haltegestelle zu verwenden, um eine Gruppe von Reaktionsbehältnissen
zur simultanen oder sequentiellen Durchführung von Mehrfachassays in
geeigneter Weise und gemeinsam zu organisieren. In einigen Fällen werden
multiple Reaktionsbehältnisse
als ein einheitliches Stück
zusammengesetzt.
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Bei
den meisten Assays wird eine Substanztransfervorrichtung verwendet,
um Lösungen
in Reaktionsbehältnisse
abzugeben oder aus diesen zu entfernen. Die bekanntesten Substanztransfervorrichtungen
sind Pipetten und Aspiratoren, die ein oder mehrere röhrenförmige Elemente
enthalten, durch die Flüssigkeiten
dispensiert oder entnommen werden. Wenn Substanztransfervorrichtungen
zur Durchführung
einer Gruppe unabhängiger
Assays zu etwa derselben Zeit oder in enger Nachbarschaft zueinander
verwendet werden, besteht immer das Problem, dass eine Substanztransfervorrichtung
versehentlich als ein Vehikel beim Überführen von Substanzen oder Verunreinigungen
zwischen Reaktionsbehältnissen
dient. Eine weiteres Problem ist, dass der Praktiker unsachgemäß Substanzen
in ein Reaktionsbehältnis
zugibt oder aus diesem entfernt. Um das Risiko von Kreuzkontaminationen
und von Fehlern beim Pipettieren und Absaugen zu minimieren, müssen Praktiker
Substanzüberführungen
sorgfältig überwachen
und mit beinahe makelloser Präzision arbeiten,
wenn sie Substanzen in Reaktionsbehältnisse pipettieren oder aus
diesen absaugen. Das Vermeiden einer Kreuzkontamination und von
Fehlern beim Pipettieren und Absaugen ist besonders wichtig, wenn
das Assay diagnostischer Natur ist oder dafür konzipiert ist, um Information
in Bezug auf den Krankheitsverlauf eines Patienten oder den Erfolg
eines Behandlungsplanes zur Verfügung
zu stellen.
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Ein
Art, um die Möglichkeiten
einer Kreuzkontamination zu begrenzen, ist es, den Umfang des Oberflächenbereichs
auf der Substanztransfervorrichtung zu reduzieren, der in Kontakt
mit dem Inhalt eines Reaktionsbehältnisses kommen kann. Dieses Ziel
kann durch Verwendung eines kontaktbeschränkenden Elements, wie zum Beispiel
einer Pipettenspitze, erreicht werden, das im Wesentlichen als Barriere
zwischen der äußeren Pipettenoberfläche und dem
Inhalt eines Reaktionsbehältnisses
dient. Und durch Auswahl einer Pipettenspitze mit ausreichender
Länge und
Volumen kann der Kontakt zwischen der Pipette und dem Inhalt eines
Reaktionsbehältnisses
im Wesentlichen ausgeschlossen werden. Dies liegt daran, dass die
Substanzen aus dem Reaktionsbehältnis
in einen Abschnitt der Pipettenspitze aufgezogen werden, der unter
die Unterseite der Pipette fällt.
Natürlich
wird es in den meisten Fällen selbstverständlich ebenso
wichtig sein, eine einzige jedem Reaktionsbehältnis zugeordnete Pipettespitze
zu haben.
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Wo
verschiedene Pipettenspitzen verwendet werden, um mehrere Assays
simultan oder sequenziell durchzuführen, müssen Praktiker typischerweise einen
Vorrat an Pipettenspitzen an einer Stelle anordnen, auf die von
zumindest einer Pipette in geeigneter Weise zugegriffen werden kann.
Die Bereitstellung einer ausreichenden Menge an Pipettenspitzen wird
komplizierter, wenn die Substanztransfervorrichtung als Roboter
in einem automatisierten (oder teilweise automatisierten) Instrument
für ein
Assay arbeitet. In einem automatisierten Format kann es erforderlich
sein, einen großen
Vorrat an Pipettenspitzen im Instrument an einer Stelle anzuordnen,
die durch die Pipette zugänglich
ist, was jedoch den gesamten erforderlichen Raum beschränkt. Folglich
besteht ein Bedarf an Pipettenspitzen, die durch eine Pipettenroboter
leicht zugänglich
sind, wobei es für die
Pipette nicht erforderlich ist in komplizierten Bewegungen einzugreifen
oder sich über
beträchtliche Distanzen
zu bewegen.
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Ein
weiteres bei herkömmlichen
Reaktionsbehältnissen
auftretendes Problem ist, dass diese als einzelne Teströhrchen verpackt
ankommen, die für eine
Handhabung durch ein automatisiertes Instrument für ein Assay
nicht zugänglich
sind. Einzelne Reaktionsbehältnisse
behindern die Durchsatzeffizienz, da der Praktiker und das Instrument
die Reaktionsbehältnisse
jeweils getrennt voneinander handhaben müssen. Und da herkömmliche
Reaktionsbehältnisse
mit keiner Struktur bereitgestellt werden, die es ihnen erlaubt,
durch eine automatisiertes Instrument gehandhabt zu werden, werden
Reaktionsbehältnisse
im Allgemeinen an einer Stelle in der Vorrichtung angeordnet und
sie weisen keine automatisierte Mobilität auf. Diese mangelnde Bewegung
erlegt bestimmte architektonische Beschränkungen und Ineffizienzen beim
Assay auf, da das Instrument um die Anordnung der Reaktionsbehältnisse
herum konstruiert werden muss. Demzufolge gibt es einen Bedarf für einen
Reaktionsbehältnisapparat,
der durch ein automatisiertes Instrument für ein Assay gehandhabt werden
kann, wobei die Apparatur ein Reaktionsbehältnis beinhalten kann oder
eine Vielzahl von Reaktionsbehältnissen,
die als eine einzelne operative Einheit miteinander verbunden sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, eine Reaktionsbehältnisapparatur zu schaffen,
das eines oder mehrere der oben dargelegten Erfordernisse erfüllt. Diesem
Ziel wird durch eine Reaktionsbehältnisapparatur gemäß Anspruch
1 nachgekommen. Der Apparat kann verwendet werden, um chemische
oder biologische Assays durchzuführen,
und weist eine Vielzahl von Behältnissen
zum Aufnehmen von Substanzen auf, die bei der Durchführung solcher
Assays verwendet werden. Die Reaktionsbehältnisse sind entweder direkt
oder indirekt operativ miteinander verbunden und sind imstande,
mit einer Substanztransfervorrichtung zu interagieren, die Substanzen
in einige oder alle einer Vielzahl von Reaktionsbehältnisse,
welche die Reaktionsbehältnisapparatur
bilden, dispensiert oder daraus entnimmt.
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Damit
die Substanztransfervorrichtung die Substanzen sicher und effizient
in die Reaktionsbehältnisse
dispensieren oder aus den Reaktionsbehältnissen entnehmen kann, werden
kontaktbeschränkende
Elemente bereitgestellt. Die kontaktbeschränkenden Elemente sind konstruiert
und angeordnet, so dass die Substanztransfervorrichtung operativ
darin eingreifen kann, um einen potentiell kontaminierenden Kontakt
zwischen zumindest einem Teil der Substanztransfervorrichtung und
einer potentiell kontaminierenden Substanz, die durch die Substanztransfervorrichtung
in ein Reaktionsbehältnis dispensiert
oder daraus entnommen wird, zu beschränken. Ein oder mehrere kontaktbeschränkende Elemente sind
mit einem oder mehreren der Reaktionsbehältnisse des Reaktionsbehältnisapparates
verbunden.
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Der
Reaktionsbehältnisapparat
ist mit einer oder mehreren Kontaktbeschränkungselement-Haltestrukturen
ausgerüstet,
wobei jede Kontaktbeschränkungselement-Haltestruktur
bevorzugt mit einem anderen kontaktbeschränkenden Element verbunden ist.
Jede der Kontaktbeschränkungselement-Haltestrukturen
ist konstruiert und angeordnet, um (i) das zugeordnete kontaktbeschränkende Element
in einer operativen Orientierung in der Nähe des zugeordneten Behältnisses
aufzunehmen und abnehmbar zu halten, um durch die Stoffüberführungsvorrichtung
operativ ergreifbar zu sein, und (ii) um es dem zugeordneten kontaktbeschränkenden Element
zu ermöglichen,
aus der zugeordneten Kontaktbeschränkungselement-Haltestruktur
entfernt zu werden, wenn das angebundene kontaktbeschränkende Element
operativ durch die Stoffübertragungsvorrichtung
ergriffen worden ist.
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Da
die Reaktionsbehältnisapparatur
mit ihren eigenen kontaktbeschränkenden
Elementen ausgerüstet
ist, kann ein automatisiertes Instrument für ein Assay derart konstruiert
werden, dass die Substanztransfervorrichtung komplexe Bewegungen
vermeidet und in geeigneter Weise die kontaktbeschränkenden
Elemente ergreift, wenn die Reaktionsbehältnisapparatur in eine operative
Position innerhalb des Instruments gebracht wird. Ein weiterer Vorteil
ist, dass das Instrument nicht konfiguriert werden muss, um einen
Vorrat an kontaktbeschränkenden
Elementen aufzunehmen, und Praktikern wird es erspart, die Menge
der kontaktbeschränkenden
Elemente in einem Instrument überwachen
zu müssen,
während die
Assays laufen.
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Andere
Merkmale und Eigenschaften der Erfindung sowie die Arbeitsweise,
die Funktionen zugehöriger
Bauelemente und der Kombination von Teilen und die Wirtschaftlichkeit
der Herstellung werden bei Betrachtung der folgenden Beschreibung
und der beigefügten
Ansprüche
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen, die insgesamt Teil dieser Beschreibung bilden, deutlicher
werden, wobei gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den verschiedenen
Figuren bezeichnen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Reaktionsbehältnisapparatur
und eines kontaktbeschränkenden
Elements in Form einer kleinen Spitze, die Aspekte der vorliegenden
Erfindung verkörpert;
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2 ist
eine Seitenansicht einer kontaktbeschränkenden kleinen Spitze;
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3 ist
eine partielle Unteransicht der Reaktionsbehältnisapparatur aus 1,
aufgenommen aus der in 1 durch Pfeil "III" bezeichneten Richtung;
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4 ist
eine Seitenansicht einer ersten alternativen Ausführungsform
der Reaktionsbehältnisapparatur
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Draufsicht auf die Reaktionsbehältnisvorrichtung aus 4;
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6 ist
ein Querschnitt von 4 in Richtung "VI-VI"
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7 ist
ein Querschnitt von 4 in Richtung "VII-VII";
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8 ist
ein Querschnitt von 4 in Richtung "VIII-VIII";
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9 ist
eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Reaktionsbehältnisapparatur-Handhabungsvorrichtung
zum Handhaben einer Reaktionsbehältnisapparatur
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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10 ist
eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, der Handhabungsvorrichtung
aus 9 mit einer sich darin befindlichen Reaktionsbehältnisapparatur;
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11 ist
eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, einer exemplarischen
Reaktionsbehältnisapparatur-Prozessierungsvorrichtung
zum Prozessieren einer Reaktionsbehältnisapparatur gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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12 ist
eine partielle Seitenansicht einer Reaktionsbehältnisapparatur gemäß der vorliegenden
Erfindung und eine schrägen
Taumelscheibe zur Übertragung
einer oszillierenden Schwingung auf die Apparatur;
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13 ist
ein Querschnitt, der eine Reaktionsbehältnisapparatur gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt, die von einer Behältnisträgerstruktur innerhalb einer
Behältnisapparatur-Prozessierungsvorrichtung
getragen wird, wobei ein röhrenförmiges Element
der Prozessierungsvorrichtung in eine kontaktbeschränkende kleine
Spitze eingreift, die in einer kontaktbeschränkenden Haltestruktur der Apparatur
der vorliegenden Erfindung angeordnet ist;
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14 ist
ein Querschnitt, der die Reaktionsbehältnisapparatur darstellt, die
in der Behältnisträgerstruktur
angeordnet ist, wobei die röhrenförmigen Elemente
und die kontaktbeschränkende
kleine Spitze an dem in die Apparatur eingesetzten Ende des röhrenförmigen Elements
angeordnet sind;
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15 ist
eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer kontaktbeschränkenden kleinen
Spitze, die durch ein röhrenförmiges Element einer
Substanztransfervorrichtung ergriffen wird.
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In
den Figuren, auf die weiter unten Bezug genommen wird, sollen die
Bezugsnummern nicht als Begrenzung der Ansprüche ausgelegt werden.
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DETAILIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Wie
in 1 und 3 dargestellt, wird eine bevorzugte
Ausführungsform
einer Reaktionsbehältnisapparatur
gemäß der vorliegenden
Erfindung generell durch das Referenzzeichen 160 bezeichnet. Wie
dargestellt, weist die Reaktionsbehältnisapparatur 160 eine
Vielzahl einzelner Behältnisse 162 auf. In
der dargestellten Ausführungsform
weist die Reaktionsbehältnisapparatur 160 fünf einzelne
Behältnisse 162 auf,
aber ein Reaktionsbehältnis
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann je nach Wunsch jede gewünschte Anzahl von Behältnissen 162 aufweisen. Zehn
Behältnisse 162 werden
bevorzugt, und fünf Behältnisse 162 werden
am meisten bevorzugt. Jedes einzelne Behältnis hat bevorzugt einen Aufbau ähnlich dem
eines herkömmlichen
Teströhrchens, d.h.,
ein zylindrischer Körper
mit einer kreisrunden Ausgangsöffnung 161 und
einem abgerundeten geschlossenen Bodenende 163. Jedes einzelne
Behältnis
kann jedoch andere Formen haben, wie zum Beispiel rechteckig, achteckig.
Die Behältnisse
können die
gleichen oder verschiedene Formen und Größen aufweisen. Die Behältnisse 162 sind
bevorzugt in einer ausgerichteten Anordnung angeordnet, die eine einzelne
Reihe von Behältnissen 162 aufweist,
und miteinander durch eine verbindende Rippenstruktur 164 verbunden
sind, die eine nach unten weisende Schulter 165 definiert,
die sich längs
entlang jeder Seite der Reaktionsbehältnisapparatur 160 erstreckt. Die
Behältnisse
können
in einer abweichenden nichtlinearen Anordnung angeordnet sein, oder
eine einzelne Reaktionsbehältnisapparatur
kann mehr als eine Reihe von Behältnissen 162 aufweisen.
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Die
Reaktionsbehältnisapparatur 160 ist
ein einzelnes ganzheitliches Stück,
das aus Spritzguss-Polypropylen geformt ist. Das am meisten bevorzugte
Polypropylen wird von Montell Polyolefins (Wilmington, Delaware)
mit der Produktnummer PD701NW verkauft. Das Montell-Material wird
verwendet, da es leicht formbar ist und mit den bevorzugten biologischen
Assays, die in der Reaktionsbehältnisapparatur
durchgeführt
werden, chemisch kompatibel ist. Außerdem erfährt das Montell-Material eine begrenzte
Zahl statischer Entladungen, was von Bedeutung ist, wenn die Ergebnisse
des in der Reaktionsbehältnisapparatur
durchgeführten
Assays durch die Detektion von Licht bestimmt werden, welches durch
den Inhalt der Apparatur beim Abschluss des Assays emittiert wird.
Statische Entladungen können
die genaue Bestimmung oder Quantifizierung der Lichtausbeute beeinträchtigen.
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Eine
gebogene Schildstruktur 185, die an einem Ende der Reaktionsbehältnisapparatur 160 bereitgestellt
wird, weist einen oberen Abschnitt 169 und einen unteren
Abschnitt 173 auf. Eine Behältnisapparatur-Handhabungsstruktur 166,
die angepasst wurde, um durch eine Reaktionsbehältnis-Handhabungsvorrichtung ergriffen zu
werden, erstreckt sich vom oberen Schildabschnitt 169.
Die Behältnisapparatur-Handhabungsstruktur 166 weist
eine sich seitlich erstreckende Platte 168 auf, die sich
vom oberen Schildabschnitt 169 mit einem Querstück 167 auf dem
gegenüberliegenden
Ende der Platte 168 erstreckt. Eine Stützwand 183 erstreckt
sich von der seitlichen Platte 168 zwischen dem unteren Schildabschnitt 173 und
dem Querstück 167 nach unten.
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Wie
in 3 dargestellt, weisen der untere Schildabschnitt 173 und
das Querstück 167 gegeneinander
weisende konvexe Oberflächen
auf. Die Reaktionsbehältnisapparatur 160 wird
bevorzugt durch Handhabungsvorrichtungen und andere Komponenten,
wie weiter unten beschrieben wird, durch seitliches Bewegen (in
Richtung "A") eines ergreifenden
Teils der Handhabungsvorrichtung in einen Raum 50 zwischen
dem unteren Schildabschnitt 173 und dem Querstück 167,
ergriffen. Die konvexen Oberflächen
des unteren Schildabschnitts 173 und des Querstücks 167 schaffen
breitere Eintrittspunkte für
ein eingreifendes Teil, das eine seitliche Relativbewegung in den
Raum 50 erfährt.
Sich vertikal erstreckende, erhöhte
gebogene Leisten 171, 172 können in der Mitte der konvexen
Oberflächen
des Querstücks 167 bzw.
des unteren Schildabschnitts 173 bereitgestellt werden.
Der Zweck der Leisten 171, 172 wird weiter unten
beschrieben.
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Eine
Markierung aufnehmende Struktur 174, die am der Behältnisapparatur-Handhabungsstruktur 166 entgegengesetzten
Ende der Reaktionsbehältnisapparatur 160 bereitgestellt
wird, weist bevorzugt einen oberen Abschnitt 71 und einen
unteren Abschnitt 75 auf, die zusammen eine flache Oberfläche zur
Aufnahme einer Markierung 175 darbieten. Die eine Markierung
aufnehmende Struktur 174 schließt ferner eine senkrechte Stützwand 78 ein,
die sich zwischen dem oberen Abschnitt 71 und dem letzten Behältnis 162 erstreckt,
um eine Versteifung für
den oberen Abschnitt 71 zu schaffen. Wie am besten aus 4 ersichtlich,
ist eine Stützwand 80 der
eine Markierung aufnehmenden Struktur 174 senkrecht ausgerichtet
und erstreckt sich diagonal von einer Stelle proximal zur Rippenstruktur 164 hin
zum unteren Ende des unteren Abschnitts 75 aus, um eine
Versteifung für
den unteren Abschnitt 75 zu schaffen. Markierungen, wie
maschinenlesbare Strichcodes, können
auf der Oberfläche 175 angebracht
sein, um Information zur Erkennung und Instruktion auf der Reaktionsbehältnisapparatur 160 bereitzustellen. Markierungen
können
auf der Oberfläche 175 durch jedes
geeignete Mittel angebracht werden, zum Beispiel indem sie auf die
Oberfläche 175 gedruckt
werden oder durch Anheften eines Etiketts mittels eines Klebstoffs
an die Oberfläche 175.
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Substanzen
können über die
Ausgangsöffnungen 161 mit
Hilfe einer Substanztransfervorrichtung, wie zum Beispiel einer
Pipettier- oder Absaugvorrichtung (nachstehend kollektiv als "Pipettierapparatur" oder "Pipette" bezeichnet) in die
Behältnisse 162 dispensiert
oder daraus entfernt werden. Die Pipettierapparatur kann ein schlankes
röhrenförmiges Element
(siehe z.B. das röhrenförmige Element 220 in 11)
aufweisen, das durch die Ausgangsöffnung 161 in das
Behältnis 162 eingesetzt
wird und das in Kontakt mit dem Behältnis 162 selber,
der im Behältnis 162 enthaltenen
Substanz und/oder der in das Behältnis
dispensierten Substanz kommen kann. Eine Pipettierapparatur kann
verwendet werden, um Substanzen in mehrere einzelne Behältnisse 162 zu dispensieren
und/oder daraus zu entfernen. Um folglich die Wahrscheinlichkeit
einer Kreuzkontamination zwischen einzelnen Behältnissen 162 zu reduzieren, ist
es folglich wünschenswert,
den Umfang der Pipettierapparatur zu begrenzen, der mit der Substanz oder
den Wänden
irgendeines Behältnisses 162 in Kontakt
kommt. Deshalb bedeckt ein kontaktbeschränkendes Element, das die Gestalt
einer schützenden
Einwegspitze oder einer kleinen Spitze einnehmen kann, das Ende
des röhrenförmigen Elements
der Pipettierapparatur. Ein kontaktbeschränkendes Element wird verwendet,
um das Ende des röhrenförmigen Elements
zu bedecken, während
die Pipettiervorrichtung ein einzelnes Behältnis ergreift, um eine Substanz
in das Behältnis
zu dispensieren oder daraus zu entnehmen. Bevor sich die Pipettierapparatur
zum nächsten
Behältnis
weiterbewegt, wird dieses kontaktbeschränkende Element verworfen oder
für eine
spätere
Verwendung mit jenem Behältnis
aufbewahrt, und ein neues kontaktbeschränkendes Element wird durch
das röhrenförmige Element
ergriffen.
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Wie
in 2 gezeigt, aufweist eine bevorzugte Ausführungsform
eines kontaktbeschränkenden
Elements eine kleine Spitze 170. In der bevorzugten Ausführungsform
weist die kleine Spitze 170 einen röhrenförmigen Körper 179 mit einem
peripheren Flansch 177, der sich bezogen auf den röhrenförmigen Körper 179 bevorzugt
radial erstreckt, und angrenzend an den peripheren Flansch 177 einen
verdickten Wandabschnitt 178 mit einem im Allgemeinen größeren Durchmesser
als ein verbleibender Abschnitt des röhrenförmigen Körpers 179 der kleinen Spitze 170,
auf. Eine sich axial ausdehnende Innenbohrung 180 geht
durch die kleine Spitze 170. Die Bohrung 180 weist
ein nach außen
aufgeweitetes Ende 181 auf, das das Einsetzen eines unteren
freien Endes eines röhrenförmigen Elements
einer Pipettierapparatur in die Bohrung 180 der kleinen
Spitze 170 erleichtert. Der Innendurchmesser der Innenbohrung 180 schafft
einen Passsitz mit dem Außendurchmesser
des röhrenförmigen Elements,
um die kleine Spitze 170 durch Reibung auf dem röhrenförmigen Element
zu befestigen, wenn das untere Ende des röhrenförmigen Elements in die Innenbohrung 180 getrieben
wird.
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In
der dargestellten Ausführungsform
sind der röhrenförmige Körper 179 und
die Innenbohrung 180 im Einklang mit der typischerweise
zylindrischen Form des röhrenförmigen Elements
einer Substanztransfervorrichtung, wie einer Pipettier- oder Absaugvorrichtung,
im allgemeinen zylindrisch geformt. Die Erfindung ist jedoch nicht
auf kontaktbeschränkende Elemente
begrenzt, die röhrenförmige Körper und
Innenbohrungen besitzen, die zylindrisch sind, da der röhrenförmige Körper und
die Innenbohrung des kontaktbeschränkenden Elements eine Form
haben können,
die anderes als zylindrisch ist, um sich nichtzylindrischen röhrenförmigen Elementen
von Substanztransfervorrichtungen anzupassen.
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Das
untere Ende der kleinen Spitze 170 weist bevorzugt einen
abgeschrägten
Abschnitt 182 auf. Wenn die kleine Spitze 170 auf
dem Boden eines röhrenförmigen Elements
einer Pipettierapparatur benutzt wird, die zum Absaugen von Substanzen
aus einem Behältnis 162 verwendet
wird, wird der abgeschrägte
Abschnitt 182 die Bildung eines Vakuums zwischen dem Ende
der kleinen Spitze 170 und dem Boden 163 des Behältnisses 162 verhindern.
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Eine
alternative Ausführungsform
eines kontaktbeschränkenden
Elements ist eine kleine Spitze, die in 17 mit
der Bezugszahl 470 bezeichnet wird. Die kleine Spitze 470 weist
einen röhrenförmigen Körper 479 mit
einem peripheren Flansch 477, der sich bezogen auf den
röhrenförmigen Körper 479 bevorzugt
radial erstreckt, und angrenzend an den peripheren Flansch 477 einen
verdickten Wandabschnitt 478 auf, der einen im Allgemeinen größeren Durchmesser
besitzt als der verbleibende Abschnitt des röhrenförmigen Körpers 479 der kleinen
Spitze 470. Eine sich axial erstreckende Innenbohrung 480 geht
durch die kleine Spitze 470. Die Bohrung 480 weist
ein aufgeweitetes Ende 481 auf, das das Einsetzen eines
oberen Endes 483 des röhrenförmigen Körpers 479 in
ein unteres freies Ende eines röhrenförmigen Elements 420 erleichtert.
Der Außendurchmesser
des oberen Endes 483 des röhrenförmigen Körpers 479 schafft
einen Passsitz mit dem Innendurchmesser des röhrenförmigen Elements 420,
um die kleine Spitze 470 durch Reibung auf dem röhrenförmigen Element 420 zu
befestigen, wenn das obere Ende 483 des röhrenförmigen Körpers 479 in
das untere freie Ende des röhrenförmigen Elements 420 eingesetzt
wird.
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Wiederum
brauchen der röhrenförmige Körper 479 und
die Innenbohrung 480 nicht notwendigerweise zylindrisch
geformt sein, wie in 17 dargestellt,
und können
eine Form haben, die anderes als zylindrisch ist, um sich nichtzylindrischen
röhrenförmigen Elementen
von Substanztransfervorrichtungen anzupassen.
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Das
untere Ende der kleinen Spitze 470 weist bevorzugt einen
abgeschrägten
Abschnitt 482 auf. Wenn die kleine Spitze 470 auf
dem Boden des röhrenförmigen Elements
einer Pipettierapparatur, die zum Absaugen von Substanzen aus einem
Behältnis 162 verwendet
wird, benutzt wird, wird der abgeschrägte Abschnitt 482 die
Bildung eines Vakuums zwischen dem Ende der kleinen Spitze 470 und
dem Boden 163 des Behältnisses 162 verhindern.
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Wie
in 1 dargestellt, weist die Reaktionsbehältnisapparatur 160 bevorzugt
Kontaktbeschränkungselement-Haltestrukturen
in der Form von Haltestrukturen für kleine Spitzen 176 benachbart
zur Ausgangsöffnung 161 eines
jeden entsprechenden Behältnisses 162 auf.
Jede Haltestruktur der kleinen Spitze 176 stellt eine langgestreckte Öffnung 150 bereit,
im Allgemeinen bevorzugt zylindrisch geformt, in der eine kontaktbeschränkende kleine
Spitze 170 (470) aufgenommen wird. Eine ringförmige Endfläche 152 erstreckt
sich um die Öffnung 150,
und wenn die kleine Spitze 170 (470) in eine Haltestruktur
der kleinen Spitze 176 eingesetzt wird, berührt der
periphere Flansch 177 (477) die Endfläche 152 der
Haltestruktur der kleinen Spitze 176, um die Tiefe, bis
zu der die kleine Spitze 170 (470) in die Öffnung 150 eingeführt werden
kann, zu beschränken.
Der Außendurchmesser
des verdickten Wandabschnitts 178 (478) ist etwas
größer als
der Innendurchmesser der Öffnung 150.
Alternativ dazu, und bevorzugt, erstreckt sich eine Vielzahl kleiner,
erhöhter
Rippen 154 (siehe 3) longitudinal
entlang der Innenwand der Öffnung 150 an
verschiedenen peripher beabstandeten Positionen. Die Scheitel der
erhöhten Rippen 154 definieren
einen Innendurchmesser, der etwas kleiner ist als der Außendurchmesser
des verdickten Wandabschnitts 178 (478). Folglich
schafft die Haltestruktur der kleinen Spitze 176 einen
Gleitpasssitz zwischen dem verdickten Wandabschnitt 178 (478)
und dem Innendurchmesser der Öffnung 150 oder
zwischen dem verdickten Wandabschnitt 178 (478)
und den Scheiteln der Rippen 154. Die kleine Spitze 170 (470)
wird dadurch fest in der Öffnung 150 der
Haltestruktur der kleinen Spitze 176 gehalten, sodass es
unwahrscheinlich ist, dass sich die kleine Spitze aus der Haltestruktur
der kleinen Spitze 176 entfernt, selbst wenn die Reaktionsbehältnisapparatur 160 umgedreht
wird. Falls andererseits die kleine Spitze 170 (470)
mittels Reibung durch das röhrenförmige Element
einer Pipettierapparatur ergriffen wird, während die kleine Spitze 170 (470)
in der Haltestruktur der kleinen Spitze 176 gehalten wird,
ist der Halt durch Reibung zwischen der kleinen Spitze 170 (470)
und dem röhrenförmigen Element größer als
der Halt durch Reibung zwischen der kleinen Spitze 170 (470)
und der Haltestruktur der kleinen Spitze 176. Daher sollte
die kleine Spitze 170 (470) auf dem Ende des röhrenförmigen Elements befestigt
bleiben, wenn das röhrenförmige Element
in axialer Richtung aus der Öffnung 150 der
Haltestruktur der kleinen Spitze 176 zurückgezogen
wird.
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In
der verbleibenden Beschreibung wird nur noch auf die kleine Spitze 170 (die
in 2 dargestellte Ausführungsform) Bezug genommen.
Dem Durchschnittsfachmann ist jedoch bekannt, dass die folgenden
Beschreibungen und Darstellungen genauso für die kleine Spitze 470 (die
in 17 dargestellte Ausführungsform)
gelten können.
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Eine
alternative Haltestruktur der kleinen Spitze 76 wird in
den 4 und 5 gezeigt. Die Reaktionsbehältnisapparatur 60 weist
eine Haltestruktur der kleinen Spitze 76 auf, die sich
von der Haltestruktur der kleinen Spitze 176 der Reaktionsbehältnisapparatur 160 aus 1 unterscheidet.
Ansonsten ist jedoch die Reaktionsbehältnisapparatur 60 identisch
mit der Reaktionsbehältnisapparatur 160.
Die Haltestruktur der kleinen Spitze 76 weist eine die
kleine Spitze aufnehmende Öffnung 79 mit einer
Endfläche 77 auf,
welche die Öffnung 79 umgibt und
einen partiellen Ring bildet. Eine Rille 78 erstreckt sich
längs entlang
einer Wand der Haltestruktur der kleinen Spitze 76. Die
Rille 78 ermöglicht
der Haltestruktur der kleinen Spitze 76 sich auszudehnen,
wenn eine kleine Spitze 170 in die Haltestruktur der kleinen
Spitze 76 eingesetzt wird, und die Elastizität des Materials,
aus dem die Reaktionsbehältnisapparatur 60 geformt
ist, schafft einen Reibungssitz zwischen der kleinen Spitze 170 und
der Haltestruktur der kleinen Spitze 76.
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Wie
in den 1, 4 und 5 gezeigt, erstreckt
sich die verbindende Rippenstruktur 164 entlang beider
Seiten der Reaktionsbehältnisapparatur 160 und
definiert nach unten weisende Schultern 165 mit äußeren Rändern 192 entlang
jeder Seite der Reaktionsbehältnisapparatur 160 (60).
Die Reaktionsbehältnisapparatur 160 (60)
wird operativ in einem diagnostischen Instrument oder dergleichen durch
die Schultern 165 getragen, die auf parallelen, horizontalen
Flanschen aufliegen, welche in Abständen etwas größer als
die Breite eines einzelnen Behältnisses 162,
aber kleiner als die Breite der Rippenstruktur 164 zwischen
den Rändern 192 voneinander entfernt
sind. Solche Flansche können
durch eine Rille definiert werden, die sich von einem Rand einer Trägerplatte
der Reaktionsbehältnisapparatur
erstreckt. In einem automatisierten Instrument zur Prozessierung
des Inhalts einer Reaktionsbehältnisapparatur
kann die Reaktionsbehältnisapparatur
durch eine Reaktionsbehältnisapparatur-Handhabungsvorrichtung
in die Trägerstruktur
eingesetzt und daraus entfernt werden.
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Am
dem der Reaktionsbehältnisapparatur-Handhabungsvorrichtung 166 gegenüberliegenden
Ende der Rippenstruktur 164 schaffen zwei nach oben abgewinkelte
Abschnitte 82 nach oben abgewinkelte Randleisten 84 auf
beiden Seiten der Reaktionsbehältnisapparatur 160 (60).
Die nach oben abgewinkelten Randleisten 84 erleichtern
das Gleiten der Reaktionsbehältnisapparatur 160 (60)
auf einer Trägerstruktur.
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Eine
exemplarische Vorrichtung 20 zur Handhabung einer Reaktionsbehältnisapparatur 160 (60)
wird in den 9 und 10 dargestellt.
Die Vorrichtung 20 weist eine Basisstruktur 22 auf,
die an einem Montagehalter oder einer Montageplatte eines Instrumentes,
welches die Inhalte zahlreicher Reaktionsbehältnisapparaturen gemäß der Erfindung
prozessiert und ein oder mehrere Assays in jeder Reaktionsbehältnisapparatur 160 durchführen kann,
befestigt ist. Die Handhabungsvorrichtung 20 bewegt die
Reaktionsbehältnisapparaturen
von einer Stelle zur anderen innerhalb des Instrumentes.
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Die
Handhabungsvorrichtung 20 weist ferner einen rotierenden
Transportträger 28 auf,
der mittels eines Schrittmotors 24, welcher eine über einen
Antriebsriemen 27 an der Achse 25 befestigte Scheibe 29 dreht,
um eine Achse 25 rotiert. Die Achse 25 und die
Scheibe 29 können
von einem Scheibengehäuse 26 bedeckt
sein. Der rotierende Transportträger 28 weist
eine Basisplatte 30 auf, die von einem Gehäuse 32 abgedeckt
wird. Das Gehäuse 32 weist
auf einer Seite davon eine Öffnung 36 auf,
und die Basisplatte hat eine darin ausgebildete Rille 31.
Ein Handhabungshaken 34 ist zum Gleitverschieben in die
Rille 31 montiert und an einer eingezogenen Antriebsspindel 40 befestigt,
die durch einen Schrittmotor 38 angetrieben wird, um den
Handhabungshaken 34 in der Rille 31 auszustrecken
und zurückzuziehen.
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Um
die Behältnisapparatur-Handhabungsstruktur 166 der
Reaktionsbehältnisapparatur 160 zu ergreifen,
ist der Handhabungshaken 34 in eine nach vorne aus der Öffnung 36 hervorstehende
Position verlängert,
wie in 9 gezeigt. Ein seitliches Verschieben des Handhabungshakens 34,
etwa durch Ausführen
einer kleinen Rotation des rotierenden Transportträgers 28,
wird durchgeführt,
um den Handhabungshaken 34 in den Raum 50 zwischen dem
unteren Abschnitt 173 der gebogenen Schildstruktur 185 und
dem Querstück 167 der
Behältnisapparatur-Handhabungsstruktur 166 zu
platzieren. Mit der ergriffenen Handhabungsstruktur 166 zieht der
Schrittmotor 38 die Antriebsspindel 40 zurück, wobei
der Handhabungshaken 34 und die Reaktionsbehältnisapparatur 160 zurück in den
rotierenden Transportträger 28 gezogen
werden. Die nach unten weisenden Schultern 165, die durch
die verbindende Rippenstruktur 164 der Reaktionsbehältnisapparatur 160 definiert
sind, werden von der Basisplatte 30 entlang gegenüberliegender
Ränder 42 der
Rille 31 getragen, wodurch die Reaktionsbehältnisapparatur 160 im
rotierenden Transportträger 28 gestützt wird. Mit
der im rotierenden Transportträger 28 befestigten Reaktionsbehältnisapparatur 160 kann
der Träger 28 durch
den Schrittmotor 24 an eine andere Position gedreht werden,
an die der Schrittmotor 38 die Antriebsspindel 40 und
den Handhabungshaken 34 ausstrecken kann, um die Reaktionsbehältnisapparatur 160 aus
dem rotierenden Transportträger 28 und
an eine andere Stelle im Instrument zu schieben.
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Eine
exemplarische Reaktionsbehältnis-Prozessierungsvorrichtung 200 wird
in 11 dargestellt. Die Prozessierungsvorrichtung 200 kann
eine von vielen ähnlichen
oder verwandten Vorrichtungen repräsentieren, die zusammen ein
Reaktionsbehältnis-Prozessierungsinstrument
aufbauen.
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Die
Prozessierungsvorrichtung 200 weist ein Gehäuse 201 mit
einer darin ausgebildeten Öffnung 202 auf.
Eine Reaktionsbehältnisapparatur 160 kann mit
einer Handhabungsvorrichtung, wie der in den 9 und 10 dargestellten
und der oben beschriebenen Handhabungsvorrichtung 20, durch
die Öffnung 202 in
die Prozessierungsvorrichtung 200 eingesetzt und durch
die Öffnung 202 entfernt
werden. Innerhalb des Gehäuses 201 wird
die Reaktionsbehältnisapparatur
durch eine Behältnisträgerstruktur 206 gestützt, die
eine Basisplatte 204 (siehe auch 13 und 14)
mit einer darin ausgebildeten behältnisaufnehmenden Rille (nicht
gezeigt) aufweist, so dass die Reaktionsbehältnisapparatur 160 durch
Teile der Platte 204 entlang gegenüberliegender Ränder der
die verbindende Rippenstruktur 164 der Reaktionsbehältnisapparatur 160 tragenden
Rille gestützt
werden kann.
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Die
prozessierende Vorrichtung 200 kann eine Mischvorrichtung
zum Vermengen des Inhalts der Reaktionsbehältnisapparatur 160 sein;
die prozessierende Vorrichtung 200 kann eine Dispensiervorrichtung
zum gleichzeitigen Dispensieren einer Substanz in jedes der einzelnen
Behältnisse 162 der Reaktionsbehältnisapparatur 160 sein;
oder die prozessierende Vorrichtung 200 kann eine Vorrichtung zum
gleichzeitigen Absaugen einer Substanz aus jedem der Behältnisse 162 der
Reaktionsbehältnisapparatur 160 sein.
Alternativ dazu kann die prozessierende Vorrichtung 200 jede
Kombination aus zwei oder mehr der obigen Funktionen ausführen.
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Als
Mischvorrichtung kann die Behältnisträgerstruktur 206 mit
einer Orbital-Mischanordnung verbunden sein, die einen Schrittmotor 208,
ein Antriebsrad 210 mit einem sich daraus erstreckenden Exzenterzapfen 212 und
ein Laufrad 216 aufweist, welches einen Exzenterzapfen 218 besitzt
und mit dem Antriebsrad 210 durch einen Treibriemen 214 verbunden
ist. Da der Schrittmotor 208 die Antriebsscheibe 210 dreht,
die wiederum die Laufscheibe 216 dreht, ergreifen die Exzenterzapfen 212 und 218 die Behältnisträgerstruktur 206,
wodurch die Behältnisträgerstruktur
und die dadurch getragene Reaktionsbehältnisapparatur 160 auf
einer Kreisbahn bewegt werden. Die Bewegung bei einer hinreichend
hohen Frequenz kann eine ausreichende Agitation der Reaktionsbehältnisapparatur 160 erzeugen,
um deren Inhalt zu vermengen.
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Wie
in den 1, 4 und 5 gezeigt, erstrecken
sich die seitlichen Rippen 190 längs entlang der Außenwände der
Behältnisse 162 an
einander diametral entgegengesetzten Positionen oberhalb der verbindenden
Rippenstruktur 164. Die Außenränder der seitlichen Rippen 190 sind
im Allgemeinen planparallel mit den Außenrändern 192 der verbindenden Rippenstruktur 164.
Die seitlichen Rippen verschaffen der Ausgangsöffnung 161 des Behältnisses 162 zusätzliche
Festigkeit und Steifheit. Ferner können die Außenränder der seitlichen Rippen 190 die
Seitenwände
der Behältnisträgerstruktur 206 ergreifen,
wie in den 13 und 14 gezeigt, um
das Ausmaß zu
begrenzen, mit dem es der Reaktionsbehältnisapparatur 160 ermöglicht wird,
seitlich innerhalb der Behältnisträgerstruktur 206 zu
kippen. Obwohl es allgemein bevorzugt wird, dass seitliche Rippen 190 auf
jedem der Behältnisse 162 bereitgestellt
werden, können
seitliche Rippen 190, wenn vorgesehen, genauso gut auf
weniger als allen Behältnissen 162 bereitgestellt
werden.
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Wenn
in der Behältnisträgerstruktur 206 dargeboten,
kann die Reaktionsbehältnisvorrichtung 160 durch
ein Dispensier- und/oder
Absaugsystem, das eine Anordnung röhrenförmiger Elemente 220 aufweist,
ergriffen werden. Das Dispensier- und/oder Absaugsystem
weist bevorzugt fünf
röhrenförmige Elemente 220 auf,
die so orientiert sind, dass sie mit den Orientierungen der einzelnen
Behältnisse 162 der
Reaktionsbehältnisapparatur 160 übereinstimmen.
Die röhrenförmigen Elemente 220 sind
mit Mitteln zur Schaffung einer bezogen auf die Reaktionsbehältnisapparatur 160 vertikalen
Bewegung der freien Enden der röhrenförmigen Elemente 220 verbunden,
um die Enden der röhrenförmigen Elemente 220 in
die und aus den einzelnen Behältnissen 162 zu
bewegen, um Substanzen abzusaugen und/oder zu dispensieren. Zusätzlich sind
die röhrenförmigen Elemente 220 mit
Mitteln, wie zum Beispiel einer Flüssigkeitspumpe und Flüssigkeitsquelle
oder einer Vakuumpumpe, zum Befördern
von Flüssigkeit
an jedes der röhrenförmigen Elemente 220 oder
Bereitstellen eines Sogs an jedem der röhrenförmigen Elemente 220 verbunden.
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Wie
oben beschrieben, wird es jedoch bevorzugt, dass, bevor die röhrenförmigen Elemente 220 in
die Reaktionsbehältnisse 162 eingesetzt
werden, eine kontaktbeschränkende
kleine Spitze 170 auf dem Ende jedes röhrenförmigen Elements 220 angebracht
wird. Demzufolge werden die röhrenförmigen Elemente 220 zuerst
abgesenkt, um gleichzeitig alle in ihren jeweiligen Haltestrukturen
für kleine
Spitzen 176 getragenen kleinen Spitzen zu ergreifen. Die
Anordnung der röhrenförmigen Elemente 220 kann
mit Mitteln zur Schaffung einer seitlichen Verschiebung der röhrenförmigen Elemente 220 verbunden
werden, um die röhrenförmigen Elemente 220 in
eine Position oberhalb der Haltestrukturen für kleine Spitzen 176 zu
bewegen. Alternativ dazu kann die Behältnisträgerstruktur selbst seitlich
bewegt werden, um die Haltestrukturen für kleine Spitzen 176 unterhalb
der jeweiligen röhrenförmigen Elemente 220 anzuordnen.
Wo die Behältnisträgerstruktur 206 an
eine Orbital-Mischanordnung gekoppelt ist, wie oben beschrieben,
kann der Schrittmotor 208 die Anordnung über eine
begrenzte Anzahl von Schritten bewegen, wodurch die Behältnisträgerstruktur 206 und
die Reaktionsbehältnisapparatur 160 über einen
Teil einer Kreisbahn bewegt werden, um die Haltestrukturen für kleine
Spitzen 176 unterhalb der röhrenförmigen Elemente 220 anzuordnen,
wie in 13 gezeigt.
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Wie
in den 1, 4 und 5 dargestellt,
ist jede der jeweiligen Haltestrukturen für kleine Spitzen 176 (76)
an einer Position zwischen benachbarten Behältnissen 162 angeordnet.
Das Lokalisieren der Haltestrukturen für kleine Spitzen 176 (76) zwischen
benachbarten Behältnissen 162 ordnet
die röhrenförmigen Elemente 220 auf
den Kreisbahnen der Haltestrukturen für die kontaktbeschränkenden Elemente 176 (76)
an, da die Reaktionsbehältnisapparatur 160 in
Bezug auf die Pipetten 220 bewegt wird. Daher kann die
Orbital-Mischanordnung
verwendet werden, um die Halterstrukturen für kleine Spitzen 176 (76)
in Bezug auf die röhrenförmigen Elemente 220,
wie oben beschrieben, genau anzuordnen.
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Zusätzlich schafft
das Anordnen der Haltestrukturen für kleine Spitzen 176 (76)
zwischen benachbarten Behältnissen 162 ein
schmaleres Profil der Reaktionsbehältnisapparatur 160 (60)
als wenn die Haltestrukturen für
kleine Spitzen 176 (76) auf dem äußeren Teil
der Behältnisse 162 nächst des Randes 192 der
verbindenden Rippenstruktur 164 lokalisiert wären.
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Die
prozessierende Vorrichtung 200 kann ebenfalls eine Anordnung
von feststehenden Düsen zum
Dispensieren von Substanzen in die Behältnisse 162 der Reaktionsbehältnisapparatur 160 einschließen, welche
in der Behältnisträgerstruktur 206 gehalten
werden.
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Wie
in 12 gezeigt, weist eine alternative, oszillierende
Mischvorrichtung 230 eine schräge Taumelscheibe 232 auf,
die auf einer von einem Motor (nicht gezeigt) angetriebenen Achse 234 angeordnet ist.
Die Reaktionsbehältnisapparatur 160,
die von einer Trägerstruktur
(nicht gezeigt) getragen wird, wird in Bezug auf die oszillierende
Mischvorrichtung 230 bewegt – oder die oszillierende Mischvorrichtung 230 wird
in Bezug auf die Reaktionsbehältnisapparatur 160 bewegt – bis die
Taumelscheibe 232 im Raum 50 zwischen dem unteren
Abschnitt 173 der gebogenen Schildstruktur 185 und
dem Querstück 167 der
Behältnisapparatur-Handhabungsstruktur 166 angeordnet
ist. Da die Achse 234 rotiert, variiert die Position des
Abschnitts der Taumelscheibe 232, der die Behältnisapparatur 160 ergriffen
hat, in einer geradlinig oszillierenden Weise, um eine geradlinig
oszillierende Bewegung an die Reaktionsbehältnisapparatur 160 weiterzugeben.
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Die
erhöhten
Leisten 171, 172, die in der Mitte der konvexen
Oberflächen
des Querstücks 167 bzw.
des unteren Abschnitts 173 bereitgestellt werden, können den
Oberflächenkontakt
zwischen der Taumelscheibe 232 und den konvexen Oberflächen minimieren,
wodurch die Reibung dazwischen begrenzt wird. Es wurde jedoch festgestellt,
dass die erhöhten
Leisten 171, 172 das Ergreifen des Handhabungshakens 34 der
Handhabungsvorrichtung 20 in die Vorrichtung-Handhabungsstruktur 166 beeinträchtigen
können.
Daher werden die erhöhten
Leisten 171, 172 bevorzugt weggelassen.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit dem, was derzeit als die praktischsten
und bevorzugten Ausführungsformen
angesehen werden, beschrieben worden ist, soll betont werden, das
die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein
soll.