DE69913978T2

DE69913978T2 - Multiprobenbehältermikrofiltrationsvorrichtung

Info

Publication number: DE69913978T2
Application number: DE69913978T
Authority: DE
Inventors: E. Stephen MORING; S. Kevin BODNER; H. Jason HALSEY; Jon Hoshizaki; Joseph Jackson; P. Alfred MADDEN; F. Mark OLDHAM; T. Mark REED
Original assignee: Applera Corp
Current assignee: Applied Biosystems LLC
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: US6451261B1; US6159368A; US6783732B2; US20020179520A1; US20030215956A1; JP3725029B2; WO2000025922A2; US6506343B1; JP2004354393A; AU756147B2; EP1336433A1; ES2212652T3; CA2346860C; WO2000025922A3; EP1124637A2; ATE257036T1; JP2007263966A; DE69913978D1; CA2346860A1; EP1124637B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Multiprobenbehälterplatten und Multiprobenbehältersäulenanordnungen, in denen Proben analysiert oder verarbeitet werden.
Hintergrund der Erfindung
In den letzten Jahren haben Mikrotitrationsbehälter bei zahlreichen biologischen und biochemischen Anwendungen, wie beispielsweise bei Probenaufbereitungen, bei der Sequenzierung des Genoms und bei Programmen zur Erkennung von Medikamenten, eine wichtige Rolle gespielt. Eine Vielzahl von Multiprobenbehälteranordnungen, die entsprechend standardisierter Formate ausgestaltet sind, sind heutzutage populär. Beispielsweise handelt es sich bei einem Tablett oder einer Platte mit 96 Einbuchtungen oder zylindrischen Probenbehältern, die in einer regulären, 12 × 8 rechteckigen Anordnung angeordnet sind, um eine besonders beliebte Anordnung.
In einigen Mutiprobenbehälterausgestaltungen wird eine Filtersicht bzw. ein Filterblatt oder eine Filtermembran gegen die unteren Enden oder Lippen der Probenbehälter mit offenen Böden gehalten. Derartige Platten werden oftmals als eine mehrlagige Struktur einschließlich eines einstückigen Blatts aus Filtermaterial hergestellt, das angeordnet ist, um die Bodenöffnungen aller Probenbehälter abzudecken, wobei das Filterblatt zur Versiegelung an die äußere Lippe einer oder mehrerer der Probenbehäiteröffnungen angebracht ist. Die derartige Verwendung eines einzelnen Blatts aus Filtermaterial kann jedoch aufgrund der Fähigkeit einer Flüssigkeit sich über das Blatt auszubreiten, beispielsweise mittels der Dochtwirkung, zu einer Überkreuzverunreinigung zwischen benachbarten Probenbehältern führen.
Bei einem Versuch, dieses Problem zu lösen, ist vorgeschlagen worden, jeden Probenbehälter mit seinem eigenen, diskreten Filterelement oder seiner eigenen, diskreten Filterscheibe bereitzustellen. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung wird eine vorgeschnittene Filterscheibe in ein oberes, offenes Ende von jedem Probenbehälter eingebracht und soweit nach unten gedrückt, bis es auf dem Boden des Probenbehälters zur Ruhe kommt. Ein O- Ring wird sodann mittels Presspassung in jeden Probenbehälter nach unten eingebracht, bis dieser auf dem oberen Ende der Filterscheibe zur Ruhe kommt. Der O-Ring nimmt die Innenwand der Säule reibschlüssig in Eingriff, um dadurch den Filter an Ort und Stelle zu halten. Obwohl die Überkreuzverunreinigungsprobleme zwischen einzelnen Probenbehältern einstückiger Filterblätter vermieden werden, ist es offensichtlich umständlich, einen derartigen Aufbau herzustellen. Außerdem stellt der Abschnitt der Scheibe, der zwischen dem O-Ring und dem Boden des Probenbehälters eingeklemmt wird, ein nicht vernachlässigbares "Totvofumen" dar, was einen nachteiligen Einfluss auf die Probenpurifikation haben kann. Zum Beispiel kann die Probenmatrix in diesen Bereichen entlang eines bedeutenden Abschnitts der Umfangskante der einzelnen Filterscheiben eingeschlossen werden. Bei der Purifikation von DNA aus Blutproben wird ein Einschließen kleiner Mengen von Hämoglobin (Häm) an den Kanten einer Zellulosefleckmembran letztendlich das Produkt in den letzten Phasen des Purifikationsvorgangs verunreinigen. Der verunreinigende Hämrest stellt einen starken Inhibitor bei der PCR und bei Untersuchungen der Sequenzzierungsreaktionen von DNA-Produkten dar.
Eine weitere Multiprobenbehälteranordnung, bei der jeder Probenbehälter sein eigenes Filterelement aufweist, wird ausgebildet, indem ein einzelnes Blatt aus Filtermaterial zwischen einer oberen Platte mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Minisäulen und einer unteren Platte mit einer Vielzahl entsprechender "Tropfenführungen" angeordnet wird. Wenn die Platten zusammengebracht werden und eine Ultraschallschweißverbindung zwischen diesen ausgebildet wird, dann wird das Filterblatt in einzelne Filterscheiben geschnitten, die unterhalb jeweiliger Minisäulen angeordnet sind.
Die U.S.-PS 4 304 865 zum Beispiel beschreibt eine Vorrichtung, die in Kombination eine Mikrokulturplatte und eine Ernteplatte umfasst, wobei die Ernteplatte eine Vielzahl von Probenbehältern aufweist, die in einer ihrer Oberflächen eingebuchtet sind, wobei diese Probenbehälter der Größe, der Anzahl und der Anordnung nach den Probenbehältern der Mikrokulturplatte entsprechen und zum Halten von Filterelementen angepasst sind, um Flüssigkeit von entsprechenden Behältern der Kulturplatte zu absorbieren. Die Vorrichtung umfasst ferner Mittel zum Ausschneiden einzelner Scheiben aus Filterpapier aus einem Filterpapierblatt, um die Filterelemente bereitzustellen, die in den Probenbehältern der Ernteplatte benötigt werden.
Obwohl ein derartiger Aufbau einfacher herzustellen ist, als die obige Anordnung, ist er mit ähnlichen Nachteilen behaftet. Insbesondere wird ein beträchtlicher Abschnitt der Umfangskante jeder Filterscheibe zwischen der Säulenplatte und der Tropfenführungsplatte einge klemmt, was zu einem bedeutenden Totvolumen führt, das einen nachteiligen Einfluss auf die Probenpurifikation haben kann.
Es besteht somit ein Bedarf für eine Multiprobenbehältermikrofiltrationsanordnung, die verhältnismäßig einfach herzustellen ist und die den herkömmlichen Vorrichtungen anhaftenden Probleme löst, wie die Überkreuzverunreinigung aufgrund der Dochtwirkung über ein gemeinsames Filterblatt oder das Einschließen von Probenbestandteilen durch individuelle Filterscheiben innerhalb nicht vernachlässigbarer Totvolumina.
Die meisten der herkömmlichen Multiprobenbehälterfiltrationsplatten und insbesondere jene, die eine eigene Filterscheibe für jeden Probenbehälter bereitstellen, entbehren eines adäquaten Raums unterhalb des Filterelements, um einen gleichmäßig verteilten Flüssigkeitsfluss durch den Filter zu ermöglichen. In zahlreichen Anordnungen stellt eine Tropfenführung am Boden jedes Probenbehälters eine ausgedehnte, flache Oberfläche bereit, auf der ein Großteil des Filterelements ruht. Bevorzugte Flusswege werden somit erzeugt, wobei die Bereiche des Filterelements bevorzugt werden, die nicht in Berührung mit der Tropfenführungsoberfläche oder in unmittelbarer Nähe mit dieser sind. Ein derartig bevorzugter Fluss kann einen negativen Einfluss auf die Elution der gelösten Stoffe haben. Bevorzugte Flusswege können zum Beispiel das Auswaschen zurückgehaltener Probenbestandteile in nicht bevorzugten Bereichen des Filterelements verhindern.
Auf der anderen Seite kann ein Fehlen einer adäquaten Unterstützung unterhalb jedes Filterelements ebenfalls problematisch sein. Die in Multiprobenbehälterplatten verwendeten Filtermedien sind üblicherweise sehr dünn und weisen verhältnismäßig schlechte mechanische Eigenschaften auf. In bestimmten anspruchsvollen Situationen, wie beispielsweise einer Hochdruck- oder Vakuumfiltration, kann es vorkommen, dass derartige Membranen nicht intakt bleiben. Filterscheiben, die lediglich entlang deren Umfangskanten unterstützt werden, können insbesondere in deren Zentralbereichen absacken und sich sogar von der Struktur losreißen, die deren Kanten hält. Beispielsweise kann eine Filterscheibe in den Hohlraum einer Tropfenführung fallen. Dies würde die Porosität des Filters beeinflussen, indem bestimmte Probenbestandteile in dem Filter gefangen werden, die andernfalls ausgewaschen werden würden. Wenn sich entlang der Kanten des Filters ein Nebenfluss ausbildet, kann aufgrund eines Wegziehen der Filterscheibe von der umfänglichen Trägerstruktur ferner ein unerwünschter Verlust von Probe resultieren.
Es besteht somit ein Bedarf für eine Multiprobenbehältermikrofiltrationsanordnung, die in jedem Probenbehälter adäquat das Filtermedium trägt, ohne einen substantiellen bevorzugten Fluss zu erzeugen.
Einige wenige der bekannten Multiprobenbehälterfiltrationsanordnungen stellen eine Sammelplatte zur Anordnung unterhalb einer Probenbehälterplatte bereit, die eine Vielzahl von Sammelbehältern mit geschlossenen Böden umfasst, die den Probenbehältern entsprechen. Im allgemeinen findet das Sammeln von Filtrat statt, sobald ein Vakuum aufgebracht worden ist, um die mobile Phase durch jeden der Probenbehälter anzusaugen. Bei den meisten dieser Anordnungen leiden jedoch die Versuche, das Filtrat von jedem Probenbehälter separat zu sammeln, an dem Problem unzuverlässiger Ergebnisse aufgrund der Überkreuzverunreinigung zwischen den Probenbehältern der Sammelplatte. Ein Hauptgrund derartiger Überkreuzverunreinigungen beruht auf der Erzeugung von Aerosolen, wenn das Filtrat die Tropfenführung verlässt. Die Aerosole können sich ohne weiteres verteilen und in die benachbarten Sammelbehälter bewegen. Zusätzlich können Aerosole die Anwender möglicherweise pathogenen Mikroorganismen und dergleichen aussetzen, die in den Proben vorhanden sein können.
Eine Überkreuzverunreinigung aufgrund von Aerosolerzeugung wird durch das typische Flussmuster verstärkt, das durch die Vakuumanordnungen derartiger Systeme hervorgerufen wird. Üblicherweise ist die Probenbehälterplatte oberhalb der Sammelplatte angebracht und die Sammelplatte wiederum ist in einer Vakuumkammer angeordnet. Wenn die Kammer evakuiert wird, dann wird die Lösung innerhalb jedes Probenbehälters nach unten durch das Filterelement in Richtung eines jeweiligen Sammelbehälters angesogen. Im allgemeinen saugt das Vakuum entlang von Flusswegen an, die sich von innerhalb jeder Minisäule durch eine jeweilige Tropfenführung und horizontal über die Oberseite der Sammelplatte erstrecken, bis sie eine Seite der Sammelplatte erreichen, wo sich die Fußwege nach unten in Richtung eines Ausgangsanschlusses richten. Mit Ausnahme der Tropfenführungen, die direkt angrenzend an die Seite der Kammer mit dem Ausgangsanschluss angeordnet sind, müssen Substanzen (z. B. eingeschlossene Aerosole, Gase, usw.), die von jeder Tropfenführung entlang jedem Vakuumflussweg angesogen werden, entlang benachbarter Sammelbehälter passieren, wenn sie sich über die Oberseite der Sammelplatte bewegen. Unerfreulicherweise können Aerosole aus dem Filtrat, das eine Tropfenführung verlässt, in dem Fluss über die Sammelplatte eingeschlossen werden und sich in benachbarte Probenbehälter bewegen.
Die Möglichkeit für Überkreuzverunreinigung ist insbesondere gegeben, wenn die obere Probenbehälterplatte und die Tropfenführungsplatte von der Sammelplatte entfernt werden. Abhängende Tropfen von Filtrat, die auf den Tropfenführungen verbleiben, können unwiderruflich in benachbarte Behälter fallen, wenn die Tropfenführungen über die Sammelplatte bewegt werden. Bei Standardmultiprobenbehälterplatten erweist sich ein konzertiertes manuelles "Abstreifen" aller derartig abhängender Tropfen an den Innenseiten von jeweiligen Sammelbehältern aufgrund der großen Anzahl von Behältern als schwierig, wenn nicht gar unmöglich. Bei einem Versuch, derartig abhängende Tropfen nach unten und weg von den Tropfenführungen zu ziehen, kann das Aufbringen eines starken Vakuums unterhalb der Tropfenführungen die abhängenden Tropfen zerstäuben, was, wie vorstehend beschriebenen, zu dem verwandten Problem der Verunreinigung durch Aerosolerzeugung führt.
Somit besteht ein Bedarf für eine Multiprobenbehältermikrofiltrationsanordnung, die das separate Sammeln von Filtrat aus jedem Behälter ermöglicht, während eine Überkreuzverunreinigung aufgrund einer Aerosolerzeugung und/oder abhängenden Tropfen vermieden wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Mikrofiltrationsvorrichtung zum Verarbeiten einer Vielzahl von Flüssigkeitsproben gemäß Anspruch 1 bereit sowie ein Verfahren zum simultanen Ausbilden einer Vielzahl von Mikroinfiltrationsbehältern gemäß Anspruch 11. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Mikrofiltrationsvorrichtung eine erste Platte mit einer Vielzahl von Säulen und eine zweite Platte mit einer Vielzahl von Abflusskanälen. Jede der Säulen weist eine erste innere Bohrung auf, die einen Kanal innerhalb der Säule definiert, sowie einen Endbereich zum Aufnehmen eines Filtermediums innerhalb der Säule. Der Säulenendbereich definiert eine zweite innere Bohrung, die einen größeren Durchmesser als die erste innere Bohrung aufweist, sowie einen Übergangsbereich, der die zweite innere Bohrung mit der ersten inneren Bohrung verbindet. Ein Filtermedium zum Filtrieren von Probe ist innerhalb jedes Säulenendbereichs angrenzend an den Übergangsbereich angeordnet. Jeder Abflusskanal weist einen nach oben abstehenden oberen Endbereich auf, der mit einem entsprechenden Säulenendbereich ausgerichtet ist und innerhalb dieses aufgenommen ist, um eine im wesentlichen flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen diesen auszubilden. Der obere Endbereich des Abflusskanals weist einen abschließenden Kantenbereich zum Unterstützen eines Umfangsbereichs des Filtermediums auf, so dass jedes Filtermedium zwischen einem Säulenübergangsbereich und dem abschließenden Kantenbereich eines entsprechenden Abflusskanals gehalten wird.
In einer Ausführungsform weist der Übergangsbereich jeder Säule einen ringförmig verjüngten Abschnitt auf. Der Umfang des ringförmig verjüngten Abschnitts nimmt auf eine im wesentlichen konstante Art und Weise entlang einer Richtung von der zweiten inneren Bohrung zu der ersten inneren Bohrung ab. In einer verwandten Ausführungsform bildet eine Linie, die entlang des verjüngten Abschnitts längsseitig hinsichtlich der Säule verläuft, einen spitzen Winkel mit einer Ebene, die senkrecht zu einer Längsachse der Säule steht und die Säule durch eine Verbindung des Übergangsbereichs mit der zweiten inneren Bohrung schneidet. Der spitze Winkel liegt in einer Ausführungsform innerhalb des Bereichs von ungefähr 30 bis 70 Grad. Vorzugsweise liegt der spitze Winkel innerhalb des Bereichs von ungefähr 30 bis 60 Grad. In einer besonderen Ausführungsform beträgt der spitze Winkel ungefähr 45 Grad.
Gemäß einer Ausführungsform berührt der abschließende Kantenbereich jedes Abflusskanals nicht mehr als ungefähr 15 Prozent und vorzugsweise weniger als ungefähr 10 Prozent und am meisten bevorzugt weniger als ungefähr 5 Prozent der Bodenfläche eines jeweiligen Filtermediums.
Eine Ausführungsform stellt eine Vielzahl von flossenartigen Stützstrebepfeilern in jedem der Abflusskanäle bereit. In dieser Ausführungsform weist jeder der Stützstrebepfeiler eine längliche, schmale Oberseite auf, die im wesentlichen koplanar mit einer Ebene verläuft, die durch den abschließenden Kantenbereich eines jeweiligen Abflusskanals definiert wird. In einer verwandten Ausführungsform nimmt die horizontale Querschnittsfläche eines oberen Bereichs von jedem Stützstrebepfeiler in eine Richtung ab, die sich in Richtung seiner Oberseite derart erstreckt, dass die Schnittfläche der obersten Oberfläche mit der Ebene des abschließenden Kantenbereichs im wesentlichen eine tangentiale Natur aufweist, d. h. eine Linie ausbildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Mikrofiltrationsvorrichtung mit einer gasdurchlässigen Matrix bereitgestellt, die wenigstens zum Teil aus einem porösen, hydrophilen Polymermaterial besteht. Die Matrix ist an die zweite Platte auf einer Seite gegenüber der ersten Platte angebracht. Auch in dieser Ausführungsform umschreibt die Matrix eine Vielzahl der Abflusskanäle.
Eine weitere Ausführungsführungsform stellt Mittel zum Verschieben der ersten und zweiten Platte in zwei Richtungen von einer "Referenznullposition" entlang einer sich im wesentlichen horizontal erstreckenden Achse und sodann zum Zurückführen der Platten in die "Referenznullposition" bereit. Die Verschiebungsmittel können einen Schrittmotor einschließen, der in mechanischer Verbindung mit den Platten angeordnet ist, so dass die Winkelrotation des Schrittmotors zu einer linearen Bewegung der Platten führt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind Vakuummittel zum Abziehen abhängender Tropfen von Flüssigkeit, die an den Abflusskanälen hängen, in eine Richtung weg von den Sammelbehältern und hoch in die Abgabebehälter bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden einer Vielzahl von Mikrofiltrationsprobenbehältern gemäß Anspruch 11 bereit. In einer Ausführungsform wird eine Schicht bzw. ein Blatt eines Filtermedium zwischen einer ersten Platte, die eine Vielzahl von Säulen enthält, und einer zweiten Platte mit einer Vielzahl von Abflusskanälen angeordnet. Jede der Säulen weist eine erste innere Bohrung auf, die einen Kanal innerhalb der Säule definiert, und einen Endbereich, der eine zweite innere Bohrung definiert, die einen größeren Durchmesser als die erste innere Bohrung aufweist, und einen Übergangsbereich, der die zweite innere Bohrung mit der ersten inneren Bohrung verbindet. Jeder der Abgabekanäle weist einen nach oben abstehenden oberen Endbereich auf, der der ersten Platte gegenüberliegt und der mit einem entsprechenden Säulenendbereich ausgerichtet ist. Die Platten werden derart zusammen gedrückt, dass Abschnitte des Filtermediums aus dem Blatt ausgestanzt werden, um einen Filtermediumstöpsel bereitzustellen, der innerhalb des Endbereichs jeder Säule angeordnet ist und an den Säulenübergangsbereich und einen abschließenden Kantenbereich eines entsprechenden oberen Endbereichs des Abflusskanal anstößt.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt außerdem eine Abdichtung jedes Filterelements mittels Druckpassung bereit. In einer Ausführungsform dient das Zusammendrücken jedes Filterelements zwischen dem Säulenübergangsbereich und einem abschließenden Kantenbereich eines entsprechenden oberen Endbereichs eines Abflusskanals dazu, das Filterelement an eine innere Seitenwand der Säule zu befestigen und diese abzudichten.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner den Schritt, die erste Platte an die zweite Platte zu befestigen. Der Befestigungsschritt kann durchgeführt werden, indem eine Verbindung, beispielsweise eine Ultraschallschweißverbindung zwischen einer inneren Seitenwand von jeder zweiten inneren Bohrung und einer äußeren Umfangsfläche eines jeweiligen oberen Endbereichs ausgebildet wird.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung noch deutlicher.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Struktur und die Betriebsweise der vorliegenden Erfindung ergeben sich zusammen mit deren weiteren Zielen und Vorteilen ohne weiteres unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Figuren, in denen identische Bezugszeichen ähnliche Elemente kennzeichnen.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Multiprobenbehältermikrofiltrationsvorrichtung, die gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform ausgestaltet ist.
2 zeigt eine auseinander gezogene Ansicht der Multiprobenbehältermikrofiltrationsvorrichtung von 1.
3 zeigt eine teilweise Seitenquerschnittsansicht der Multiprobenbehältermikrofiltrationsvorrichtung der 1 und 2.
4 zeigt eine vergrößerte Detailansicht eines Mikrofiltrationsprobenbehälters in der Querschnittsansicht von 3.
5 zeigt eine teilweise Seitenquerschnittsansicht, die einen Mikrofiltrationsprobenbehälter zeigt, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist.
6 zeigt eine auseinander gezogene Ansicht eines Mikrofiltrationsprobenbehälters, die die Membranstützstruktur in der Form von drei flossenartigen Stützstrebepfeilern zeigt, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sind.
7 zeigt eine Draufsicht von einem Ende einer Wagenanordnung zum Durchführen einer relativen Bewegung zwischen den Tropfenführungen einer Tropfenführungsplatte und den Sammelbehältern einer Sammelplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine teilweise auseinander gezogene, perspektivische Ansicht, die eine Wagenanordnung zum Durchführen einer relativen Bewegung zwischen den Tropfenführungen einer Tropfenführungsplatte und den Sammelbehältern einer Sammelplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9(A) bis 9(C) zeigen Seitenquerschnittsansichten, die einen Abstreifvorgang illustrieren, wobei eine Vielzahl von Tropfenführungen seitwärts nach rechts und nach links verschoben wird, so dass die Auslassbereiche der Tropfenführung simultan an innere Seitenwände einer Vielzahl von entsprechenden Sammelbehältern anstoßen.
10(A) zeigt eine teilweise schematische Draufsicht, die einen federbelasteten Abstreifmechanismus in seiner normalen oder neutralen Position zeigt.
10(B) zeigt eine teilweise schematische Draufsicht, die den federbelasteten Abstreifmechanismus von 10(A) in einer ersten verschobenen Position zeigt.
10(C) zeigt eine teilweise schematische Draufsicht, die den federbelasteten Abstreifmechanismus der 10(A) bis 10(B) in einer zweiten verschobenen Position zeigt.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine automatisierte Probenverarbeitungsarbeitsstation mit hoher Durchsatzrate zeigt, einschließlich beispielsweise einer Mikrofiltrationsvorrichtung, Überkreuzverunreinigungskontrollanordnungen, Sammelbehälterabdeckanordnungen und Hitzeabdichtungsanordnungen sowie dazugehöriger Komponenten und Reagenzien gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die nachstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist lediglich exemplarischer Natur. Dementsprechend ist diese Beschreibung nicht limitierend für den Schutzbereich der Erfindung, die Anwendung der Erfindung oder die Verwendungen der Erfindung.
Die 1 bis 3 zeigen in perspektivischer Ansicht, in auseinander gezogener Ansicht bzw. in teilweiser Querschnittsansicht eine Ausführungsform einer Multiprobenbehältermikrofiltrationsvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist. In der Zusammenbauphase der Herstellung wird ein Filterblatt (bzw. eine Filtermembran), das in 2 mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnet ist, zwischen einer Säulenplatte 10 mit einer Anordnung von Minisäulen mit offenem Boden, wie sie beispielsweise mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet sind, und einer Tropfenführungsplatte 14 angeordnet, die eine rechteckige Anordnung von Tropfenführungen aufweist, wie sie beispielsweise mit dem Bezugszeichen 16 gekennzeichnet sind, die den Minisäulen entsprechen. Sobald die Minisäulen 12 mit den Tropfenführungen 16 ausgerichtet und zusammengeführt worden sind, wird eine rechteckige Anordnung von Mikrofiltrationsbehältern ausgebildet, die in 3 im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet sind, wobei jeder Behälter ein diskretes Filterelement oder Filtermedium darin aufweist (beispielsweise einen Stöpsel, eine Scheibe oder dergleichen), wie sie beispielsweise mit den Bezugszeichen 8a und 8b gekennzeichnet sind. Die Innenwände von jedem zusammengeführten Minisäulen/Tropfenführungspaar begrenzen einen Flussweg, der sich durch den Behälter 18 nach unten erstreckt.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, weist jeder Mikrofiltrationsbehälter einen inneren Bereich oder Kanal auf, der eine im wesentlichen kreisförmige horizontale Querschnittsfläche aufweist. Es sollte jedoch erkannt werden, das Mikrofiltrationsbehälter jedwedes erwünschten geometrischen Querschnitts (beispielsweise oval, quadratisch, rechteckig, dreieckig, usw.) verwendet werden können. Gleichfalls können die Behälter jede beliebige Form aufweisen, wenn diese entlang ihrer Längsachse betrachtet werden, beispielsweise gerade, verjüngt oder anders geformt. In einer Ausführungsform weisen die Wände jedes Behälters eine gewisse Verdickung nach außen hin auf (d. h. der Durchmesser des Behälters nimmt zu) entlang der Richtung, die sich von dem oberen Füllende des Behälters in Richtung des Filtermediums erstreckt.
Die Platten der Mikrofiltrationsvorrichtung können aus jedem beliebigen im wesentlichen festen, wasserunlöslichen, flüssigkeitsdichten Material ausgebildet sein, das mit den untersuchten Proben im wesentlichen chemisch nicht reaktiv ist. Der Begriff "im wesentlichen fest", wie er hier verwendet wird, soll bedeuten, dass das Material einer Deformation oder einem Verbiegen unter einer leichten mechanischen oder thermischen Belastung standhalten kann, obwohl das Material ein wenig elastisch sein kann. Geeignete Materialien umfassen Acryle, Polycarbonate, Polypropylene und Polysulfone. Es sollte außerdem bemerkt werden, dass die Begriffe "Platte" und "Schale" hier als Synonyme verwendet werden und daher ausgetauscht werden können.
Optional können die Oberflächen der Tropfenführungen, die mit Flüssigkeiten in Berührung treten, aus einem Material bestehen und/oder mit einer Beschichtung bereitgestellt sein, so dass derartige Oberflächen hydrophob sind, was die Möglichkeit einer Überkreuzverunreinigung verringert. Beispielsweise können Materialien geringer Oberflächenenergie beim Ausbilden und/oder Beschichten der Tropfenführungen verwendet werden. Selbstverständlich sollten derartige Materialien mit den Untersuchungsproben kompatibel sein.
Die Platten können durch jegliche herkömmlichen Mittel ausgebildet werden, wobei die Spritzgusstechnik eine besonders geeignete Technik darstellt. Eine Ausführungsform der Erfindung zieht die Verwendung von spritzgegossenen rechteckigen Kunststoffplatten in Erwägung, deren Länge und Breite mit dem herkömmlich verwendeten Standard von 5,03 Zoll mal 3,37 Zoll (127,8 mm und 85.5 mm) übereinstimmen. In der Ausführungsform der 1 bis 3 sind die Behälter integral mit einer derartigen Platte ausgebildet und in einer regulären rechteckigen Anordnung von 12 × 8 Behältern angeordnet, wobei die Mittelpunkte der Behälter einen Abstand von 0,9 cm aufweisen. Alternativ können die Behälter als diskrete Einheiten (nicht gezeigt) ausgebildet werden, die durch eine Kunststoffvernetzung miteinander verbunden sind, um eine rechteckige Anordnung bereitzustellen. In einer weiteren Ausführungsform sind die Behälter in der Form von Streifen (nicht gezeigt) bereitgestellt. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Behältern in einer Reihe mit angrenzenden Behältern angeordnet sein, die durch jedwedes geeignete Mittel (beispielsweise zerbrechbare Kunststoffnetze) miteinander verbunden sein können. Eine Vielzahl von Streifen kann dann Seite an Seite innerhalb eines Rahmens angeordnet sein, der ausgestaltet ist, derartige Streifen zu halten. Beispielsweise können 12 Streifen von jeweils 8 Behältern Seite an Seite in einem rechteckigen Rahmen angeordnet sein, um eine rechteckige Anordnung von 96 Behältern auszubilden. In einer weiteren Ausführungsform ist jeder Behälter als eine diskrete Einheit ausgebildet, die entfernbar innerhalb einer jeweiligen Öffnung angeordnet ist, die in einer Trägerplatte (nicht gezeigt) ausgebildet ist. Zum Beispiel kann eine Schale mit einer rechteckigen Anordnung von 12 × 8 kreisförmigen Öffnungen bereitgestellt werden, in denen zylindrische Behälter in einer Art und Weise aufgenommen und gehalten werden, die der ähnlich ist, bei der Teströhrchen in einem herkömmlichen Teströhrchenrahmen gehalten werden.
Obwohl die dargestellten Ausführungsformen Anordnungen zeigen, die gemäß dem populären Format mit 96 Behältern ausgestaltet sind, ist es gemäß der Erfindung gleichfalls möglich jedwede andere geeignete Anzahl von Behältern (beispielsweise 12, 24, 48, 384, usw.) zu verwenden, die in jedweder geeigneten Konfiguration angeordnet sein können.
Unter abermaliger Bezugnahme auf die 1 bis 3 ist eine obere Vakuumkammer 20 oberhalb der Säulenplatte 10 angeordnet. Die obere Vakuumkammer 20 ist angepasst zur Bewegung zwischen (i) einer montierten Position, in der vier abhängende Umfangswände, die mit dem Bezugszeichen 20a gekennzeichnet sind, eine im wesentlichen luftdichte Abdichtung mit einer oberen, peripheren Oberfläche der Säulenplatte 10 über einen dazwischen liegenden, elastischen Dichtungsring 21 ausbilden und (ii) einer zurückgezogenen Position, in der die Kammer 20 von der Säulenplatte 10 beabstandet ist. Das hohle Innere der Kammer 20 kann pneumatisch mit einer externen Vakuumquelle über eine Schlauchklemme verbunden werden, die sich durch das obere Ende der Kammer 23 erstreckt. Ein verminderter Druck kann oberhalb der Probenbehälter erzeugt werden, indem die Kammer 20 in ihre montierte Position oberhalb der Säulenplatte 10 gebracht wird und sodann die Kammer 20 evakuiert wird.
In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, einen erhöhten Druck oberhalb der Probenbehälter zu erzeugen (beispielsweise, um den Fluss von Proben durch das Filtermedium und über die unteren Abflusskanäle aus den Behältern heraus zu erleichtern). In derartigen Fällen kann die Kammer 20 mittels einer geeigneten Druckquelle (beispielsweise einer Pumpe) unter Druck gesetzt werden.
Eine aufnehmende Platte oder Sammelplatte 24 ist unterhalb der Tropfenführungsplatte 14 angeordnet. Die Sammelplatte 24 umfasst eine obere, ebene Oberfläche, die mit dem Bezugszeichen 25 gekennzeichnet ist, und eine rechteckige Anordnung von Behältern mit geschlossenen Böden, wie sie beispielsweise mit dem Bezugszeichen 26 gekennzeichnet sind, die davon abhängen. Die rechteckige Anordnung der Sammelbehälter entspricht der rechteckigen Anordnung der Tropfenführungen, was das separate Sammeln von Filtrat von jedem Probenbehälter erlaubt. Die Sammelplatte ist angepasst, in ein offenes Reservoir einer unteren Vakuumkammer, die mit dem Bezugszeichen 29 gekennzeichnet ist, zu passen, wobei sich die Sammelbehälter nach unten in das Reservoir erstrecken.
Öffnungen oder Lüftungslöcher, wie sie beispielsweise mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet sind, erstrecken sich durch die obere, ebene Oberfläche 25 der Sammelplatte 24. Aus Gründen, die nachstehend ersichtlich werden, sollte wenigstens eine Öffnung angrenzend an jedem Sammelbehälter angeordnet sein. Die Öffnungen 28 erlauben eine fluide Verbindung zwischen den Bereichen oberhalb und unterhalb der Platte 24. Aufgrund dieser Ausgestaltung wird sich ein Vakuum, das von unterhalb der Sammelplatte angesogen wird, durch die Bereiche oberhalb der Platte und innerhalb der Behälter erstrecken.
Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, stellt die vorliegende Erfindung gleichfalls eine Platte wie die Sammelplatte 24 bereit, mit der Ausnahme, dass diese Platte Behälter mit offenen Böden aufweist im Gegensatz zu den Behältern mit geschlossenen Böden der Platte 24. Andernfalls ist die Platte mit Behältern mit offenen Böden identisch zu der Sammelplatte 24 ausgestaltet. Mit anderen Worten, die Platte mit Behältern mit offenen Böden stellt eine Struktur bereit, um effektiv Filtrationen und/oder Waschgänge durchzuführen, während eine Überkreuzverunreinigung vermieden wird. Anstatt jedoch Filtrat separat in den verschiedenen Behältern zu sammeln, fließt das Filtrat durch die Behälter durch und aus den offenen Böden heraus. Es ist vorstellbar, dass die Platte mit Behältern mit offenen Böden auf eine Art und Weise verwendet wird, die der hier für die Platte 24 Beschriebenen entspricht, mit der Ausnahme, dass die Situation nicht des separaten Sammelns von Filtrat bedarf. Beispielsweise ist die Platte mit Behältern mit offenen Böden insbesondere nützlich bei der Durchführung von Zwischenwaschungen. Wie hier verwendet, werden die Begriffe "Sammelplatte" und "aufnehmende Platte" als Synonyme benutzt und können daher ausgetauscht werden, wobei beide Begriffe eine Platte bezeichnen, die für die Anordnung unterhalb einer rechteckigen Tropfenführungsanordnung gedacht ist, die entweder Behälter mit offenen Böden oder Behälter mit geschlossenen Böden aufweist, wie es für die ihr zugedachten Anwendungen angebracht ist. Bei den Fällen, wo ein separates Sammeln von Filtrat stattfinden soll, erkennt man, dass die Behälter geschlossene Böden aufweisen werden. Optional kann eine Sammelplatte mit Behältern mit offenen Böden ohne Lüftungslöcher, wie sie beispielsweise mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet sind, ausgebildet werden, da das Vakuum direkt nach unten und durch den Boden jedes Behälters raus fließen kann.
Ein Überkreuzflussbegrenzer (gleichfalls als Aerosolschutz bezeichnet), der mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist, der im allgemeinen für Gase durchlässig, jedoch für Aerosole im wesentlichen undurchlässig ist, ist zwischen der oberen Oberfläche der Sammelplatte 24 und der unteren Oberfläche der Tropfenführungsplatte 14 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform weist der Überkreuzflussbegrenzer 30 eine Vielzahl von Durchgängen auf, wie sie beispielsweise mit dem Bezugszeichen 32 gekennzeichnet sind, die in einer rechteckigen Anordnung angeordnet sind, die den rechteckigen Anordnungen der Sammelplatte und der Tropfenführungen entspricht. Die Durchgänge 32 ermöglichen es dem Filtrat, von jeder Tropfenführung 16 zu einem entsprechenden Sammelbehälter 26 zu fließen. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich jede Tropfenführung 16 durch einen jeweiligen Durchgang. Mit der Ausnahme derartiger Durchgänge füllt der Überkreuzflussbegrenzer 30 im wesentlichen den Bereich zwischen gegenüberliegenden Seiten der Tropfenführungs- und der Sammelbehälterplatten (14, 24).
Vorzugsweise sind Mittel bereitgestellt zum Tragen der zusammengesetzten Minisäulen- und Tropfenführungsplattenanordnung und zum Unterstützen bei der Ausbildung einer luftdichten Abdichtung zwischen dieser Anordnung und der unteren Vakuumkammer 29. In der dargestellten Ausführungsform ist ein rechteckiger Wagenrahmen, der mit dem Bezugszeichen 38 gekennzeichnet ist, ausgestaltet, die Minisäulen- und Tropfenführungsplattenanordnung zu tragen. Die Klammern 34, 36 sind gelenkig um im allgemeinen sich vertikal erstreckende Achsen an gegenüberliegenden Enden des Rahmens 38 angebracht. Die Klammern 34, 36 sind funktionsfähig, um die Säulen- und Tropfenführungsanordnung auf dem Rahmen 38 in Eingriff zu nehmen und zu halten, wobei eine untere Umfangskante 40 der Säulen- und Tropfenführungsplattenanordnung gegen einen Dichtungsring 42 gedrückt wird, der auf der oberen Oberfläche des Rahmens 38 um die mittlere Öffnung des Rahmens angeordnet ist.
Ein federbelasteter Zentrierstift, beispielsweise mit den Bezugszeichen 37 und 39 gekennzeichnet, kann sich durch jede Klammer 34, 36 erstrecken. In der Ausführungsform von 3 weist der Zentrierstift 37 einen Schaft auf, der durch eine Feder 41 angetrieben wird, um innerhalb einer komplementären Einbuchtung 43 zu sitzen, die in einer Seitenwand der Säulenplatte 10 ausgebildet ist. In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) werden drei federbelastete Zentrierstifte eingesetzt, wobei zwei Stifte an Positionen an einer langen Seite der Anordnung angeordnet sind und ein Stift an einer Position an einer kurzen Seite angeordnet ist, wobei die Stifte zusammen betrieben werden können, um die Platte gegen eine Ecke zu drücken. Auf diesem Weg können die Komponenten ohne weiteres (auf der Achse) zentriert werden.
Ein abgestufter Dichtungsring, der im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 44 gekennzeichnet ist, ist angrenzend an eine untere Oberfläche des Rahmens 38 um die mittlere Öffnung des Rahmens angeordnet. Der Dichtungsring 44 weist (i) einen oberen, nach innen abstehenden Klappenabschnitt auf, der mit dem Bezugszeichen 44a gekennzeichnet ist, mit einer unteren Oberfläche, die angepasst ist, eine nach oben abstehenden Leiste 48 in Eingriff zu nehmen, die um den Umfang der Sammelplatte 24 angeordnet ist, sowie (ii) einen unteren Klappenabschnitt, der mit dem Bezugszeichen 44b gekennzeichnet ist, der sich diagonal nach unten und nach außen erstreckt zur Ineingriffnahme einer oberen Oberfläche 50, die das offene Reservoir der unteren Vakuumkammer 29 umgibt. Ein mittlerer Plateaubereich des abgestuften Dichtungsrings 44, der mit dem Bezugszeichen 44c gekennzeichnet ist, ist an den Rahmen 38 durch jedwede geeigneten Mittel befestigt. Beispielsweise kann der mittlere Plateaubereich 44c mittels eines Klebstoffes und/oder einer Befestigungseinrichtung angebracht werden. In einer Ausführungsform ist der Dichtungsring 44 zwischen dem Rahmen 38 und einem rechteckigen Klemmrahmen (nicht gezeigt) angeordnet. In dieser Ausführungsform ist der rechteckige Klemmrahmen angrenzend an den Plateaubereich 44c des Dichtungsrings 44 auf einer Seite des Dichtungsrings 44 gegenüber dem Rahmen 38 angeordnet. Der Klemmrahmen wird sodann schmiegsam an den Rahmen 38 mittels mit Gewinden versehenen Befestigungseinrichtungen befestigt, die durch ausgerichtete Durchgänge (nicht gezeigt) führen, die in dem Klemmrahmen und dem Dichtungsring ausgebildet sind und in internen, mit Gewinden versehenen Bohrungen aufgenommen werden, die sich teilweise in den Rahmen 38 von der unteren Oberfläche des Rahmens erstrecken. Zusammen unterstützen sich der oberen Dichtungsring 42 und der untere Dichtungsring 44 beim Ausbilden im wesentlichen luftdichter Abdichtungen zwischen (i) der oberen Mikrofiltrationsbehäl teranordnung und dem Wagenrahmen bzw. (ii) dem Wagenrahmen und der unteren Vakuumkammeranordnung.
Die Dichtungsringe (21, 42 und 44) können aus irgendeinem deformierbaren, elastischen, im wesentlichen inerten Material ausgebildet sein, das in der Lage ist, eine Abdichtung auszubilden. Beispiele für derartige Materialien sind Silikon, Gummi, Polyurethanelastomere und Polyvinylchloride. Die Dicke jedes Dichtungsrings ist unkritisch unter der Maßgabe, dass diese ausreichend ist, um eine Abdichtung auszubilden. Übliche Dichtungsringdicken fallen in den Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 5 mm.
Sobald geeignete luftdichte Abdichtungen ausgebildet sind, erzeugt die Evakuierung der unteren Vakuumkammer 29 einen im wesentlichen gleichförmigen Druckabfall in allen Probenbehältern 18, wodurch es möglich ist, eine Vielzahl von individuellen Proben (beispielsweise bis zu 96 in der dargestellten Ausführungsform) auf der gewählten Membran simultan zu verarbeiten.
Der Fachmann erkennt, dass die Wahl des Filtermediums von der gedachten Verwendung des Behälters abhängt. Beispielsweise kann das Filtermedium als ein Größenausschlussfilter dienen oder es kann als feste Phase dienen, die mit einer Spezies in der flüssigen Phase interagiert, um derartige Spezies bei Berührung zu immobilisieren, beispielsweise einer immunologischen Wechselwirkung oder jedweder anderen Art einer Affinitätswechselwirkung. Beispiele für geeignete Filter umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Filter aus Mikrozellulose, regenerierter Zellulose, Nylon, Polysulfon, Glasfasern, geblasenen Mikrofasern sowie Papier. Geeignete Filter sind bei einer Vielzahl von Quellen erhältlich, beispielsweise bei der Firma Schleicher & Schuell Inc. (Keene, N. H., USA) und bei der Firma Millipore Corp. (Bedford, Massachusetts).
Zusätzliche Beispiele geeigneter Filter umfassen Mikrofaserfilter aus reinstem Quarz (SiO₂), wie sie beispielsweise von der Firma Whatman, Inc. (Tewksbury, MA, USA) hergestellt werden und unter den Handelsnamen QM-A und QM-B vertrieben werden. QM-A Filter weisen eine Dicke von ungefähr 0,45 mm auf und halten Partikel einer Größe von ungefähr 0,6 μm zurück. K. QM-B Filter weisen dieselbe Zusammensetzung wie QM-A Filter auf, sind jedoch zweimal dicker als diese und stellen daher einen längeren, schwierigeren Flussweg bereit. In einer Ausführungsform wird ein Quarz- oder Glasfilterelement vor der Positionierung in einem Mikrofiltrationsbehälter mittels einer Flamme erhitzt (beispielsweise bei ungefähr 400 Grad Celsius), um die Partikelerzeugung zu vermindern, um dadurch die Möglichkeit des Verschließens der Tropfenführungen zu reduzieren.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Filtermedium ein poröses Element, das als eine Fritte wirkt, die dazu dient, ein Säulenpackungsmaterial zu enthalten (beispielsweise Umkehrphasenpackungen oder Größenausschlusspackungen).
Bestimmte Aspekte der Erfindung, die die vorstehend erwähnten Probleme ansprechen, betreffend (i) die Überkreuzverunreinigung aufgrund der Dochtwirkung über ein gemeinsames Filterblatt und (ii) das Einschließen von Probenbestandteilen innerhalb beträchtlicher Todvolumina individueller Filterelemente, werden nun ausführlicher beschrieben.
Ein Mikrofiltrationsbehälter in der Querschnittsansicht von 3 ist in 4 in vergrößertem Detail dargestellt. Die Minisäule 12 und die Tropfenführung 16 sind axial ausgerichtet und zusammengeführt, wobei ein nach oben abstehender Abschnitt der Tropfenführung 16 schmiegsam innerhalb des unteren Bereichs des Minisäulenkanals aufgenommen ist, um einen im wesentlichen flüssigkeitsdichten Behälter 18 auszubilden.
Mittel zum Zusammenhalten der Tropfenführung und der Minisäule sind bereitgestellt. In einer Ausführungsform halten Ultraschallschweißnähte oder -bindungen (nicht gezeigt), die entlang eines ringförmigen Kontaktbereichs ausgebildet sind, wie sie durch das Bezugszeichen 48 in 4 gekennzeichnet sind, die Minisäule 12 und die Tropfenführung 16 zusammen. Es sollte erkannt werden, dass eine derartige Naht oder Bindung dabei hilft, eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen diesen Elementen sicherzustellen. In einer anderen Ausführungsform werden die Minisäule 12 und die Tropfenführung 16 durch eine Nut und Feder Anordnung (nicht gezeigt) zusammen gehalten, die entlang gegenüberliegender Oberflächen der Platten 10 und 14 ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Säulenplatte 12 mit tiefen Rillen entlang ihrer unteren Oberfläche ausgebildet sein, die jeden Behälter umschreiben. Die obere Fläche der Tropfenführungsplatte kann mit nach oben abstehenden Leisten bereitgestellt sein, die in einem Muster angeordnet sind, das dem Muster der Rillen in der Säulenplatte entspricht, und die ausgestaltet sind, einrastend in die Rillen zu passen. Alternativ kann die Zusammenführung der Tropfenführungen mit den Minisäulen hinreichend schmiegsam sein, um so die Platten alleine durch eine reibschlüssige Ineingriffnahme zusammen zu halten.
Mittel zum Halten jedes individuellen Filterelements innerhalb eines jeweils zusammengesetzten Mikrofiltrationsbehälters sind bereitgestellt. In dieser Hinsicht ist jedes Filterelement innerhalb des Minisäulenkanals angeordnet, so dass ein Abschnitt seiner Umfangskante zwischen (i) einem Bereich mit beschränktem Durchmesser innerhalb des unteren Ab schnitts der Minisäule und (ii) einem oberen Abschnitt der Tropfenführung gehalten wird. Der mittlere Bereich des Filterelements erstreckt sich vollständig über den Minisäulenkanal.
In der Ausführungsform von 4 ist die Minisäule 12 mit einer Bohrung 12a und einer Gegenbohrung 12b ausgebildet, wobei sich die letztere von dem unteren Ende oder der Lippe 12c der Minisäule nach oben erstreckt. Zwischen der Bohrung 12a und der Gegenbohrung 12b liegt ein Übergangsbereich. Der Übergangsbereich stellt innerhalb des Minisäulenkanals einen Bereich beschränkten Durchmessers bereit, der dazu geeignet ist, mit einem oberen Abschnitt einer entsprechenden Tropfenführung zusammenzuwirken, um das Filterelement an Ort und Stelle zu halten. Die Verbindungen des Übergangsbereichs mit der Bohrung und der Gegenbohrung können jede beliebige geeignete Form aufweisen. Beispielsweise können derartige Verbindungen die Form eines spitzen Winkels oder einer Ecke annehmen oder alternativ können sie die Form einer kontinuierlichen Kurve annehmen. Außerdem kann der Übergangsbereich selbst zwischen derartigen Verbindungen jede beliebige Form annehmen, beispielsweise flach, gebogen, abgestuft oder irgendeine Kombination dieser Formen, mit der Maßgabe, dass lediglich ein geeigneter Bereich beschränkten Durchmessers in dem Minisäulenkanal bereitgestellt wird, um einen oberen Kantenbereich des Filterelements zu berühren.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, definiert der Übergangsbereich zwischen der Bohrung 12a und der Gegenbohrung 12b eine innere, ringförmige Schulter, die mit dem Bezugszeichen 12d gekennzeichnet ist. In dieser Ausführungsform definiert jede der Verbindungen der Schulter 12d mit der Bohrung 12a und der Gegenbohrung 12b einen spitzen Winkel oder einer Ecke. Zwischen derartigen Verbindungen nimmt die Schulter 12d die Form einer ringförmigen Wand mit einem im wesentlichen konstanten Verjüngungsgrad an, wobei der Umfang entlang der Richtung von der Gegenbohrung 12b zu der Bohrung 12a abnimmt. Längsseitig verläuft die Oberfläche der Schulter 12d schief zu den Oberflächen der Bohrung 12a und der Gegenbohrung 12b. Vorzugsweise bildet die Oberfläche der Schulter 12d einen spitzen Winkel mit einer Ebene, die senkrecht zu der Mittelachse der Minisäule verläuft und sich durch die Verbindung der Schulter 12d mit der Gegenbohrung 12b erstreckt. In einer Ausführungsform liegt dieser Winkel, der in 4 als α gekennzeichnet ist, innerhalb des Bereichs von ungefähr 30 bis 85 Grad und vorzugsweise innerhalb des Bereiches von ungefähr 60 bis 85 Grad.
Die Tropfenführung 16 ist ausgestaltet, um die Elution einer mobilen Phase aus dem Behälter zu erleichtern, indem diese in Richtung einer unteren Öffnung geführt wird. In der Ausführungsform von 4 umfasst die Tropfenführung 16 (i) eine ringförmige Kante oder Leiste 16a, die oberhalb der Ebene der oberen Oberfläche der Tropfenführungsplatte 14 angeordnet ist, (ii) abhängende, konvergierende Seitenwände 16b sowie (iii) einen Auslassanschluss 16c, der unterhalb der Ebene der unteren Oberfläche der Tropfenführungsplatte 14 angeordnet ist. Die nach unten geneigte Innenseite der konvergierenden Seitenwände 16b definieren zwischen der Leiste 16a und dem Auslassanschluss 16c eine konische und/oder hornförmige Kavität an dem unteren Bereich des Behälterkanals.
Wie vorstehend erwähnt, stellt ein oberer Bereich der Tropfenführung 16 eine Stützestruktur bereit, die angepasst ist, an einen unteren Umfangskantenbereich des Filterelements anzustoßen. In der Ausführungsform von 4 nimmt eine derartige Struktur die Form einer oberen, ringförmigen Kante 16a an. Der Oberflächenbereich des obersten Bereichs der Kante 16a (d. h. der Abschnitt der Kante 16a, der direkt dem unteren Umfangskantenbereich des Filterelements gegenüberliegt und der in der Lage ist, dieses zu stützen) kann variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform definiert der oberste Bereich der Kante 16a eine schmale, kreisförmige Linie. In dieser Ausführungsform ist die Berührungsfläche zwischen der Kante 16a und dem Filterelement 8a tangentialer Natur. Mit anderen Worten, der Berührungsbereich zwischen der Kante 16a und dem Filterelement 8a definiert eine sehr dünne, kreisförmige Linie. Die Kante 16a berührt nicht mehr als ungefähr 15 Prozent und vorzugsweise weniger als ungefähr 10 Prozent und am meisten bevorzugt weniger als ungefähr 5 Prozent der Bodenfläche des Filterelements 8a.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Umfangskantenbereich des Filterelements 8a vorzugsweise zwischen der Schulter 12d und der Kante 16a derart eingeklemmt oder zusammen gedrückt, dass das Filterelement an Ort und Stelle befestigt ist und dass dessen Umfangsseitenkante gegen die Innenseite des Säulenkanals gedrückt wird. Diese Anordnung unterbindet eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des Filterelements und verhindert eine Leckage um dessen Kanten.
5 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht, die einen Mikrofiltrationsbehälter darstellt, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet ist. Das Filterelement 8a wird zwischen der Tropfenführungskante 16a und der Minisäulenschulter 12d zusammen gedrückt, so dass die Membran sicher an Ort und Stelle gehalten wird. Darüber hinaus bewirkt die Druckpassung, dass der äußere Umfangsseitenkantenbereich des Filterelements gegen die Innenwand des Säulenkanals derart drückt, dass jedwede Nebenflüsse von Flüssigkeit um die Kanten des Filterelements vermieden wird. Die Schulter 12d erstreckt sich in den Minisäulenkanal und einem Winkel α von ungefähr 45 Grad. Ferner ist der oberste Oberflächenbereich der Kante 16a minimal ausgestaltet, indem dieser sich einer kreisförmigen Linie annähert, so dass lediglich der äußerste Umfang der Unterseite des Filterelements mit diesem in Berührung steht.
Unter weiterer Bezugnahme auf 5 sind sowohl die Kompression als auch das Totvolumen für ein Filterelement in einem derartigen Mikrofiltrationsbehälter unter Verwendung des computergestützten Ingenieurpakets "Pro/ENGINEER" (Release 18) der Firma Parametric Technology Corporation (Waltham, MA) bestimmt worden. Dabei hat sich ergeben, dass die Membrankompression für ein 950 μm dickes QM-B (Whatham, Inc., Tewksbury, MA) Filterelement mit einem Durchmesser von 6,88 mm lediglich ungefähr 2.6 μl (Bereich 52 in 5) beträgt und dass das Totvolumen für ein derartiges Filterelement lediglich ungefähr 3 μl (Bereich 54 in 5) beträgt.
Unterhalb des Filterelements 8a definiert die Innenseite der konvergierenden Seitenwände 16b der Tropfenführung 16 einen Hohlraum. Der Hohlraum ist ausgestaltet, um den Großteil der Unterseite des Filterelements dem offenen oder freien Raum auszusetzen. Indem ein derartiger offener Raum unterhalb des Filterelements 8a (d. h. das Volumen zwischen den konvergierenden Seitenwänden 16b der Tropfenführung und der Unterseite des Filterelements) bereitgestellt wird, werden bevorzugte Flusswege vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung, um ein Absacken oder ein sich Ablösen des Filterelements in den Hohlraum zu verhindern, eine Struktur zum Unterstützen von zentralen Punkten oder Bereichen von jedem Filterelement bereit. Beispielsweise kann ein Stützstrebepfeiler innerhalb der Kavität der Tropfenführung 16 angeordnet sein, um einen Auflagepunkt, eine Auflagekante oder eine Auflagefläche für einen oder mehrere zentral lokalisierte Bereiche der Unterseite des Filterelements bereitzustellen. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff "zentral" die Bereiche des Filterelements, die radial inwärts von den Umfangskanten des Filterelements angeordnet sind und insbesondere die Bereiche, die nicht zwischen einem Bereich eines beschränkten Durchmessers in einer Minisäule und einer obersten Kante einer Tropfenführung gehalten werden oder eingeklemmt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft der oberste Bereich einer derartigen Stützstruktur im wesentlichen koplanar mit dem obersten Abschnitt der Tropfenführungskante. Es sollte erkannt werden, dass eine derartige Struktur ein nach unten Sacken oder ein Ablösen des Filterelements in die Kavität verhindert. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit Filterelementen, die einer ausreichenden mechanischen Stärke und/oder Festigkeit entbehren.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die in der auseinander gezogenen Darstellung von 6 gezeigt ist, nimmt eine derartige Stützstruktur die Form von drei flossenartigen Stützstrebepfeilern an, die mit den Bezugszeichen 58a bis 58c gekennzeichnet sind, die radial positioniert sind und äquidistant innerhalb der Kavität der Tropfenführung 16 um den zentralen Auslassanschluss 16c angeordnet sind. Es sollte erkannt werden, dass jedwede andere vernünftige Anzahl von Stützstrebepfeilern, beispielsweise 4 oder 6, stattdessen verwendet werden kann. Kleine Abschnitte der Unterseite des Filterelements 8a liegen auf den länglichen, schmalen oberen Oberflächen oder Kanten der Stützstrebepfeiler 58a bis 58c. Vorzugsweise sind die Stützstrebepfeiler 58a bis 58c ausgestaltet, dass Filterelement zu tragen, ohne ein bedeutendes Totvolumen oder bevorzugte Flusswege in das System einzubringen. In dieser Hinsicht kann das obere Ende von jedem Stützstrebepfeiler, das dem Filterelement benachbart ist, kurvenförmig, gebogen oder gewinkelt sein, so dass der Berührungsbereich zwischen dem Filterelement 8a und jedem Strebepfeiler im wesentlichen entlang einer Linie verläuft (d. h. tangentialer Natur ist). Ferner ist das Profil jedes Stützstrebepfeilers schmal und stromlinienförmig entlang der Richtung des Flüssigkeitsflusses.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Stützstrebepfeiler 58a bis 58c integral mit der Tropfenführung 16 ausgebildet. Alternativ kann eine Vielzahl von diskreten Stützstrebepfeileranordnungen (nicht gezeigt), die unabhängig von den Flussführungen ausgebildet sind, innerhalb jeweiliger Tropfenführungen entfernbar positioniert oder permanent angebracht werden.
Vorteilhafterweise stellt die Erfindung außerdem eine sehr wirksame und Kosten effizientes Verfahren zum Herstellen der hier beschriebenen Vorrichtung bereit. Gemäß einer Ausführungsform wird ein Blatt aus Filtermaterial zwischen einer ersten Platte, die eine darin ausgebildete Minisäulen aufweist, in der eine Probe angeordnet werden kann, sowie einer zweiten Platte angeordnet, die einen Abflusskanal bzw. Tropfenführung mit einem Auslass aufweist, durch den die Probe ausgelassen werden kann. Die Platten sind derart angeordnet, dass die Minisäule axial mit der Tropfenführung ausgerichtet ist. Die Platten werden sodann zusammen gedrückt, so dass ein nach oben abstehender Abschnitt der Tropfenführung schmiegsam innerhalb des unteren Bereichs des Minisäulenkanals aufgenommen wird. Während dieses Arbeitsschrittes wird ein Flussweg ausgebildet, der sich von innerhalb der Minisäule zu dem Auslass der Tropfenführung erstreckt. Gleichfalls wird während dieses Kompressionsschrittes ein Stück des Filtermediums aus dem Blatt ausgestanzt und über einem Abschnitt des Flussweges innerhalb der Minisäule angeordnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere vorteilhaft beim Herstellen einer Multiprobenbehältermikrofiltrationsvorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben worden ist. Aus diesem Grund wird das erfindungsgemäße Verfahren nun unter Bezugnahme auf die dargestellte Vorrichtung beschrieben. Das Filterblatt 8 ist zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Säulenplatte 10 und der Tropfenführungsplatte 14 angeordnet, wie in 2 gezeigt. Die Platten 10, 14 sind derart angeordnet, dass sich jede Minisäule 12 in axialer Ausrichtung mit einer entsprechenden Tropfenführung 16 befindet. Die Platten 10, 14 werden sodann zusammen gedrückt, um eine Konfiguration zu erreichen, wie sie im wesentlichen in 3 dargestellt ist. Während des Kompressionsschrittes, wirkt eine obere ringförmige Kante 16a jeder Tropfenführung 16 als Stempel, um ein Stück des Filtermediums 8a (beispielsweise in der Form einer Scheibe) aus dem Filterblatt auszustanzen. Ferner befestigt die Kompression der Tropfenführung 16 gegen die Minisäule 12 das Filterelement innerhalb des Minisäulenkanals an Ort und Stelle. Im Ergebnis ist ein äußerer Umfangskantenabschnitt des Filterelements 8a zwischen einer oberen ringförmige Kante 16a der Tropfenführung 16 und einer inneren, ringförmigen Schulter 12d der Minisäule 12 eingeklemmt. Die Tropfenführung 16 und die Minisäule 12 werden sodann durch irgendwelche geeigneten Mitteln miteinander befestigt. Beispielsweise kann, wie vorstehend beschrieben, eine Ultraschallschweißnaht oder eine Nuten und Federnanordnung die Minisäulen 12 und die Tropfenführungen 16 zusammenhalten.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Multiprobenbehältermikrofiltrationsanordnung, die den Fluss von Filtrat aus jedem Behälter bereitstellt, während eine Kreuzverunreinigung aufgrund von Aerosolen oder eines Umherspritzens vermieden wird.
Wie vorstehend beschrieben, entspricht die rechteckige Anordnung von Sammelbehältern der rechteckigen Anordnung von Tropfenführungen, wobei jede Tropfenführung direkt über einem Aufnahme- oder Sammelbehälter angeordnet ist. Die Sammelbehälterplatte wiederum ist angepasst, in ein offenes Reservoir einer unteren Vakuumkammer zu passen, wobei sich die Sammelbehälter sich nach unten in das Reservoir erstrecken. Sobald ein geeignetes Vakuum in der unteren Kammer erzeugt worden ist, wird Filtrat von jedem Mikrofiltrationsbehälter in entsprechende Sammelbehälter fließen. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung sind Mittel bereitgestellt, um mit Filtrat assoziierte Aerosole und Reste, die in einem beliebigen Behälter vorhanden sein können, daran zu hindern, sich in benachbarte Behälter zu bewegen und dadurch diese möglicherweise zu verunreinigen. Derartige Mittel können beispielsweise einen Überkreuzflussbegrenzer umfassen, der gleichfalls als Aerosolschutz bezeichnet wird, der aus einem im wesentlichen aerosoldichten Material besteht, das in dem Bereich zwischen der oberen Seite der Sammelplatte und der unteren Seite der Tropfenführungs platte angeordnet ist. Während das Durchfließen von Aerosolen und von mit Filtrat assoziierten Resten beschränkt wird, ist der Überkreuzflussbegrenzer angepasst, einem Vakuum zu erlauben, durch diesen hindurch zu treten.
Insbesondere auf die Ausführungsform von 2 und 3 Bezug nehmend, ein blattartiger Überkreuzflussbegrenzer 30 ist mit einer rechteckigen Anordnung von Durchgängen 32 bereitgestellt, die den rechteckigen Anordnungen von Sammelbehältern und Tropfenführungen entsprechen, die es dem Filtrat erlauben, sich von jedem Mikrofiltrationsbehälter 18 in einen entsprechenden Sammelbehälter 26 zu bewegen. Mit der Ausnahme derartiger Durchgänge füllt der Überkreuzflussbegrenzer 30 im wesentlichen den Bereich zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Tropfenführungsplatte und der Sammelplatte (14, 24). Auf diese Weise wird eine Bewegung von Aerosolen von Behälter zu Behälter über die Sammelplatte 24 im wesentlichen blockiert. Folglich wird die Gefahr einer Überkreuzverunreinigung, wie sie die Bewegung von Aerosolen darstellt, wesentlich vermindert. Zusätzlich werden Aerosole, die an irgendeinem Sammelbehälter erzeugt werden und unwiderruflich durch den Überkreuzflussbegrenzer durchtreten (d. h. die Aerosole, die nicht effektiv blockiert oder eingefangen werden), durch die Vakuumquelle durch eine angrenzende Öffnung 28 nach unten in den Bereich unterhalb der Platte 24 gezogen, ohne über die Öffnungen von benachbarten Sammelbehältern zu strömen, wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ziehen die Anbringung des Überkreuzflussbegrenzers an die obere Seite der Sammelbehälterplatte 24 oder an die untere Seite der Tropfenführungsplatte 14 in Erwägung. Eine derartige Anbringung kann mittels beliebiger geeigneter Mittel erzeugt werden, beispielsweise unter Verwendung von Befestigungseinrichtungen, Schweißnähten und/oder einem oder mehreren Klebemitteln, wie beispielsweise Klebebänder, Klebegummis, Zemente, Pasten oder Klebstoffe. Anstatt den Aerosolschutz an einer Platte anzubringen, kann der Aerosolschutz einfach zwischen die gegenüberliegenden Seiten der Platten eingelegt werden und an Ort und Stelle gehalten werden, beispielsweise durch Reibungs- und/oder Kompressionskräfte.
Der Aerosolschutz kann als ein einzelnes Blatt ausgebildet sein, beispielsweise zwischen ungefähr 0,10 Zoll und 0,15 Zoll dick, oder alternativ kann der Aerosolschutz aus zwei oder mehreren Blättern ausgebildet sein, beispielsweise ungefähr 0,060 Zoll bis 0,065 Zoll dick, wobei diese in Lagen angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Aerosolschutz, der aus einer einzelnen Lage besteht, die aus einem porösen, hydrophilen Polymer besteht, das Eigenschaften aufweist, die denen von beispielsweise Ethylvinylacetat (EVA) oder dergleichen entsprechen, an die untere Seite der Tropfenführungsplatte unter Verwendung eines druckempfindlichen Klebstoffes angebracht. Eine weitere Ausführungsform zieht einen mehrlagigen Aufbau in Betracht einschließlich: (i) einer conformanten Schicht, die ein Schaumpolster umfasst, das ungefähr 0,062 Zoll dick ist und einen druckempfindlichen Klebstoff auf beiden Seiten aufweist und (ii) eine poröse Polymerschicht mit sehr großem Molekulargewicht (ultra high molecular weight), die ungefähr 0,062 Zoll dick ist und für Luft durchlässig, für Aerosole jedoch im wesentlichen undurchlässig ist. In dieser letzteren Ausführungsform ist die conformante Schicht an die untere Seite der Tropfenführungsplatte angebracht und sodann ist die Polymerschicht mit sehr großem Molekulargewicht an die conformante Schicht angebracht.
Andere Materialien (d. h. hydrophob, nicht polymer, usw.) können bei der Ausbildung des passenden Aerosolschutzes gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden unter der Maßgabe, dass das Material/die Materialien effektiv das Durchströmen von Aerosole beschränken, während der Durchtritt eines Vakuums durch dieses/diese ermöglicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Mittel zum Verhindern einer Überkreuzverunreinigung aufgrund einer Aerosolbewegung von Behälter zu Behälter Lüftungslöcher oder Öffnungen 28, die sich durch die Oberfläche der Sammelplatte 24 erstrecken. In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine derartige Öffnung in der Nähe jedes Sammelbehälters angeordnet. Es sollte erkannt werden, dass ein verminderter Druck, der von unterhalb der Platte aufgebracht wird, sich durch die Öffnungen zu den Mikrofiltrationsbehältern erstrecken wird.
Jedwede Anzahl und jedwede räumliche Ausgestaltung der Öffnungen kann verwendet werden mit der Maßgabe, dass der Bereich zwischen jedem Tropfenführungsauslass und dem entsprechenden Sammelbehälter in fluider Kommunikation (d. h, für ein Vakuum durchlässig) mit dem Bereich unterhalb der Sammelplatte entlang eines Wegs angeordnet ist, der nicht über die Öffnungen von benachbarten Behältern führt. Beispielsweise kann eine Öffnung innerhalb einer Gruppe von vier Behältern zentral bereitgestellt werden, wobei die Behälter um die Ecken eines Vierecks angeordnet sind. Indem 24 derartige Gruppierungen von vier Behältern bereitgestellt werden, kann jeder Behälter einer herkömmlichen Behälteranordnung mit 96 Behältern mit einem Lüftungsloch oder einer Öffnung angrenzend daran bereitgestellt werden. Alternativ kann die Anzahl der Öffnungen gleich der oder größer als die Anzahl von Sammelbehältern sein, wobei jeder Behälter eine oder mehrere dazugehörige Öffnungen in dessen Nähe aufweist. Beispielsweise kann eine Sammelplatte mit 96 Behältern mit wenigstens 96 Öffnungen bereitgestellt werden, die derart angeordnet sind, dass jeder Behälter wenigstens eine nahe dazugehörige Öffnung aufweist. In dieser Hinsicht können die Öffnungen beispielsweise in einer regulären, rechteckigen Anordnung von beispielsweise 12 × 8 oder 13 × 9 angeordnet werden.
Wie vorstehend bemerkt, ermöglichen die Öffnungen 28 die fluide Kommunikation zwischen den Bereichen oberhalb und unterhalb der Sammelbehälterplatte 24. Sobald die untere Vakuumkammer 29 evakuiert wird, wird ein Vakuum erzeugt, dass sich von dem Auslassanschluss 51 zu dem Bereich zwischen jedem Mikrofiltrationsbehälter und einem entsprechenden Sammelbehälter erstreckt. Insbesondere wird das Vakuum entlang von Flusswegen angesogen, die sich von jedem Mikrofiltrationsbehälter 18 in den Verbindungsbereich zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Tropfenführungsplatte 14 und der Sammelbehälterplatte 24 erstrecken. Die Vakuumflusswege werden sich sodann durch die Oberfläche 25 der Sammelplatte mittels jeweiliger Lüftungslöcher 28 hin zu dem offenen Reservoir der Kammer 29 nach unten wenden. Hier werden sich die Vakuumflusswege entlang der unteren Kammererstrecken, bis sie den Ausgangsanschluss 51 erreichen. In 3 stellen große, schwarz markierte Pfeile beispielhafte Vakuumflusswege dar. Vorteilhafterweise werden Aerosole und Filtratreste, die in die Strömung des Vakuums eingesogen werden, zum großen Teil weg von jedem Sammelbehälterbereich und aus dem System heraus gerichtet, ohne über benachbarte Sammelbehälter zu strömen. Es sollte gleichfalls erkannt werden, dass die Vakuumwege derart gerichtet sind, um einen Fluss zu unterstützen, der zum größten Teil nach unten gerichtet ist und laminarer Natur ist. Ein Überkreuzfluss und somit ein Auftreten von Turbulenz werden im Vergleich mit den meisten herkömmlichen Anordnungen stark minimiert.
Die dargestellten Ausführungsformen zeigen einen Überkreuzflussbegrenzer 30, der in Verbindung mit einer belüfteten Sammelbehälterplatte 24, wie gerade beschrieben, verwendet wird. Es ist zu bemerken, dass der Überkreuzflussbegrenzer 30 die Öffnungen 28 abdeckt, so dass ein Vakuumweg, der sich von dem Bereich zwischen jedem Mikrofiltrationsbehälter 18 und einem entsprechenden Sammelbehälter 26 über eine nahe gelegene Öffnung 28 zu dem Bereich unterhalb der Sammelbehälterplatte 24 erstreckt, durch den Überkreuzflussbegrenzer 30 führen muss. Da der Überkreuzflussbegrenzer 30 es möglich macht, dass ein Vakuum durch diesen geführt wird, jedoch den Durchtritt von Aerosolen unterbindet, werden Aerosole, die mit dem Filtrat assoziiert sind, im wesentlichen von dem eingesogenen Vakuum getrennt (d. h. durch den Überkreuzflussbegrenzer herausgefiltert) und somit wird die Möglichkeit für eine Bewegung von Aerosolen von Behälter zu Behälter über die Oberfläche 25 der Sammelplatte sogar noch weiter reduziert.
Anstatt einen einstückigen Überkreuzflussbegrenzer, wie vorstehend beschrieben und in den begleitenden Zeichnungen dargestellt, für eine Vielzahl von Tropfenführungen und Sammelbehälter zu verwenden (beispielsweise ein Blatt mit einer Vielzahl von kreisförmigen Perforationen, die sich durch dieses erstrecken) zieht eine alternative Ausführungsform eine Vielzahl von individuellen kragen- oder mantelartigen Überkreuzflussbegrenzern in Erwägung. Im horizontalen Querschnitt können derartige individuelle Überkreuzflussbegrenzer jede beliebige Form aufweisen, beispielsweise ringförmig, elliptisch, rechteckig usw. In einer Ausführungsform umgibt jeder individuelle Überkreuzflussbegrenzer den Bereich zwischen einer Tropfenführung und einem entsprechenden Sammelbehälter koaxial und lateral. Derartige Überkreuzflussbegrenzer können aus einem im wesentlichen festen Material bestehen, beispielsweise aus demselben Material wie die Tropfenführungsplatte, oder sie können aus einem kompatiblen, porösen, hydrophilen Material ausgebildet sein, beispielsweise einem Polymer wie Ethylvinylacetat (EVA) oder dergleichen. In einer Ausführungsform ist eine Vielzahl von im wesentlichen festen, ringförmigen oder elliptischen Überkreuzflussbegrenzern integral mit einer der Platten spritzgeformt, beispielsweise von der unteren Seite der Tropfenführungsplatte abhängend und sich nach unten in Richtung der Sammelbehälterplatte um jeweilige Tropfenführungen erstreckend. Ferner ist jeder derartige feste Überkreuzflussbegrenzer ausgestaltet, um einem Vakuum zu ermöglichen, das von unterhalb einer Sammelplatte angesogen wird, die unter der Tropfenführungsplatte angeordnet ist, sich in den Bereich in der Nähe der umschriebenen Tropfenführung zu erstrecken. In dieser Hinsicht kann jeder Überkreuzflussbegrenzer ausgestaltet sein, zusätzlich zu einem entsprechenden Sammelbehälter eine angrenzende Öffnung zu umfassen, die in den Bereich unterhalb der Sammelplatte führt. Mit anderen Worten, der Überkreuzflussbegrenzer kann sich sowohl um einen entsprechenden Sammelbehälter als auch um eine angrenzende Öffnung erstrecken. In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich der Überkreuzflussbegrenzer lediglich um dessen entsprechenden Sammelbehälter. Mit anderen Worten, der Überkreuzflussbegrenzer umfasst keine zusätzliche angrenzende Öffnung. Vielmehr ermöglicht in dieser Ausführungsform ein schmales Durchgangsloch, das in den Überkreuzflussbegrenzer in der Nähe der Öffnung ausgebildet ist, die fluide Kommunikation zwischen der Öffnung und dem Bereich in der Nähe der Tropfenführung. Es sollte erkannt werden, dass wie im Fall des vorstehend beschriebenen blattartigen Überkreuzflussbegrenzers 30, die individuellen Überkreuzflussbegrenzer gegen ein Umherspritzen von Filtrat und gegen eine unerwünschte Seitwärtsbewegung von Aerosolen über die Oberseite der Sammelbehälterplatte schützen, was zu einer Überkreuzverunreinigung führen kann.
Wie vorstehend erwähnt, ist es bemerkenswert, dass die Vakuumflusswege, die zwischen den Bereichen oberhalb und unterhalb der Sammelbehälterplatte ausgebildet werden, in allen hier beschriebenen Ausführungsformen auf eine Art und Weise gerichtet sind, die einen zum größten Teil laminaren und nach unten gerichteten Fluss (einschließlich jedweder eingeschlossenen Gase und/oder Aerosole) fördern. Im Vergleich mit den meisten herkömmlichen Anordnungen wird der horizontale Fluss über die obere Seite der Sammelbehälterplatte stark minimiert. Dies ist nichts allein der Fall in den Bereichen in der Nähe der Mikrofiltrations- und Sammelbehälter, sondern auch der Fall für die Umfangskantenbereiche dieser Platten. In dieser Hinsicht und unter besonderer Bezugnahme auf die Ausführungsform von 3 ist die Berührung zwischen der sich nach innen erstreckenden Klappe 44a des abgestuften Dichtungsrings 44 und der Oberseite des Rands 48 der Sammelbehälterplatte 24 derart, dass ein Luftstrom dazwischen behindert oder vermieden wird. Somit werden, sobald die untere Vakuumkammer 29 evakuiert worden ist, Gase, die oberhalb des abgestuften Dichtungsrings 44 angeordnet sind, in dem Bereich, der durch den Pfeil 46 gekennzeichnet ist, in die untere Vakuumkammer über das Lüftungsloch 28 eingesogen. Auf der anderen Seite werden Gase in dem Raum unter der Unterseite des abgestuften Dichtungsrings 44, die im allgemeinen durch den Pfeil 74 gekennzeichnet sind, in die untere Vakuumkammer über eine Lücke 49 eingesogen, die zwischen der Sammelbehälterplatte und der Oberfläche 50 oberhalb der Vakuumkammer 29 bereitgestellt ist. Indem das Ausmaß des horizontalen Luftstromes über die Sammelbehälterplatte auf diese Art und Weise beschränkt wird, wird die Turbulenz minimiert, die durch den Überkreuzfluss entlang des Umfangs der Anordnung hervorgerufen wird.
Ein zusätzliches Mittel zum Verhindern sowohl einer Überkreuzverunreinigung aufgrund von Aerosolbewegungen von Behälter zu Behälter als auch eines Umherspritzens von Filtrat, betrifft die Positionierung der unteren Öffnung jeder Tropfenführung relativ zu der oberen Kante oder der oberen Lippe eines entsprechenden Sammelbehälters. Gemäß diesem Merkmal erstreckt sich der Auslassanschluss 16a jeder Tropfenführung 16 von der Tropfenführungsplatte 14 nach unten, um in einen entsprechenden Sammelbehälter 26 einzutreten. In dieser Hinsicht weist der untere Abschnitt von jeder Tropfenführung 16 einen Durchmesser auf, der es dieser ermöglicht, mit dem oberen Ende eines entsprechenden Sammelbehälters 26 in der Sammelplatte 24 in Passung zu treten. Wie in der Ausführungsform von 3 gezeigt, ist der Auslassanschluss 16c jeder Tropfenführung 16 unterhalb der oberen Kante oder Lippe eines entsprechenden Sammelbehälters 26 angeordnet. Indem der Auslassanschluss 16c in einem Bereich angeordnet wird, der lateral durch die inneren Seitenwände des Sammelbehälters 26 umgeben ist, wird ein Großteil des Aerosols, das während der Filtration erzeugt wird, auf die Sammelbehälterwände auftreffen, anstatt sich seitwärts in Richtung eines benachbarten Sammelbehälters zu bewegen. Als ein zusätzlicher Vorteil hilft eine derartige Anordnung Auslassanschlüsse der Tropfenführungen dabei, das Umherspritzen von Filtrat zu reduzieren.
In einem Verwandten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verhindern von Überkreuzverunreinigung aufgrund von Aerosolbewegungen von Behälter zu Behälter in einem Multiprobenbehältermikrofiltrationssystem bereit. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

(i) Bereitstellen einer rechteckigen Anordnung von Mikrofiltrationsprobenbehältern (flüssige Proben beinhaltend) über einer Sammelbehälterplatte, die eine entsprechende rechteckige Anordnung von Sammelbehältern trägt;
(ii) Einsaugen eines Vakuums entlang von Flusswegen, die sich (i) von jedem Mikrofiltrationsprobenbehälter (b) nach unten durch eine Ebene, die durch eine obere Oberfläche der Sammelplatte definiert ist, an einem Punkt an einem oder angrenzend an einen entsprechenden Sammelbehälter (c) in einen Bereich unterhalb der Sammelplatte erstrecken, um dadurch zu bewirken, dass ein Filtrat von jedem Mikrofiltrationsprobenbehälter in entsprechende Sammelbehälter fließt; und
(iii) Aerosole, die an einem beliebigen Mikrofiltrationsprobenbehälter erzeugt werden, daran Hindern, sich über die obere Oberfläche der Sammelplatte in einen nicht entsprechenden Probenbehälter zu bewegen, um dadurch die Überkreuzverunreinigung zu begrenzen.

Es sollte erkannt werden, dass die vorstehend beschriebene Vorrichtung besonders gut dazu geeignet ist, dieses Verfahren durchzuführen. Beispielsweise kann eine Vakuumkammer, wie beispielsweise die in 3 gezeigte untere Kammer 29, mit einer Unterdruckquelle verbunden werden, wie beispielsweise einer Vakuumspunkte (nicht gezeigt), um einen Druckunterschied entlang der Filterelemente 8a, 8b zu erzeugen, die in den Mikrofiltrationsbehältern 18 angeordnet sind. Der verminderte Druck wird sodann bewirken, dass das Filtrat aus den Tropfenführungen 16 austritt. Der Aerosolschutz 30 stellt Mittel bereit, um Aerosole, die mit dem Filtrat assoziiert sind und die aus dem Filtrat bei irgendeinem Mikrofiltrationsbehälter 18 ausgebildet worden sind, daran zu hindern, sich entlang der Oberseite 25 der Sammelbehälterplatte 24 in einen benachbarten Sammelbehälter zu bewegen. Die Öffnungen 28, die sich durch die Oberfläche 25 der Sammelplatte 24 erstrecken, ermöglichen es dem Vakuum, sich zwischen jedem Mikrofiltrationsbehälter und dem Bereich unterhalb der Sammelbehälterplatte 24 zu erstrecken, ohne über die Öffnungen von benachbarten Sammelbehältern passieren zu müssen.
Wenn die untere Kammer evakuiert wird, ist es vorteilhaft, langsam den Druck auf einen gewünschten Wert zu ändern (Rampe), in Kombination mit der Verwendung von sehr geringen Drücken (beispielsweise weniger als ungefähr 2 psi und vorzugsweise weniger als ungefähr 1 psi), um die Möglichkeit für eine Überkreuzverunreinigung beispielsweise durch Aerosole noch weiter zu vermindern. Beispielsweise wird eine Rampenperiode von ungefähr zwei bis drei Sekunden verwendet, wenn man vom Umgebungsdruck zu einem Druckwert innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,75 bis ungefähr 2 psi geht.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Multiprobenbehältermikrofiltrationsanordnung, die den Fluss von Filtrat von jedem Behälter ermöglicht, während die Überkreuzverunreinigung aufgrund von abhängenden Tropfen vermieden wird, die an den Tropfenführungen der verschiedenen Mikrofiltrationsbehälter anhaften können. Wie vorstehend erwähnt, können derartig abhängende Tropfen in benachbarte Sammelbehälter falten, wenn die Tropfenführungsplatte über die Sammelbehälterplatte bewegt wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Mikrofiltrationsbehälter in der Richtung seiner oberen Öffnung evakuiert, wodurch jedwede abhängenden Tropfen von Flüssigkeit, die von dessen Tropfenführung abhängen, zurück in den Behälter hochgezogen werden. Um die Evakuierung durchzuführen, ist eine Drucksteuerquelle, beispielsweise eine Vakuumpumpe, in Kommunikation mit einem oberen Bereich der Minisäule funktionsfähig, die Minisäule in der Richtung zu evakuieren, die sich von der Tropfenführung zu der oberen Öffnung erstreckt.
Eine weitere Ausführungsform ermöglicht das "Abstreifen" der Spitzen der Tropfenführungen, um abhängende Tropfen von Filtrat zu entfernen, die von den Tropfenführungen abhängen können. In dieser Hinsicht werden die Ausläse der Tropfenführungen aller Mikrofiltrationsbehälter simultan in Berührung mit den inneren Seitenwänden der entsprechenden Sammelbehälter gebracht.
Mittel sind bereitgestellt zum Bewirken einer Relativbewegung zwischen der Tropfenführungsplatte und der Sammelbehälterplatte zum simultanen Bewegen der Abflusskanäle in eine Berührung mit den Innenwänden von jeweiligen Sammelbehältern hinein und aus dieser heraus. In einer Ausführungsform können derartige Mittel betrieben werden, die Sammelbehälterplatte entlang einer Ebene zu verschieben, die im wesentlichen senkrecht zu den Längsachsen der Mikrofiltrationsprobenbehälter verläuft, während die Mikrofiltrationsbehälter selber in einer im wesentlichen feststehenden Position gehalten werden. In einer weiteren Ausführungsform können die Mittel zum Bewirken einer relativen Bewegung betrieben wer den, die Mikrofiltrationsbehälter entlang einer Ebene zu verschieben, die im wesentlichen orthogonal zu den Längsachsen der Sammelbehälter verläuft, während die Sammelbehälter in einer im wesentlichen feststehenden Position gehalten werden.
Eine beispielhafte Anordnung zum Bewirken einer relativen Bewegung ist in den 7 bis 10 dargestellt. Anfänglich bezugnehmend auf die 7 und 8, ein L-förmiger Wagen, der mit dem Bezugszeichen 60 gekennzeichnet ist, ist mit einer zentralen Öffnung 62 bereitgestellt, die ausgestaltet ist, eine vorstehend beschriebene Multiprobenbehältermikrofiltrationsanordnung, die im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnet ist, aufzunehmen und zu tragen. Unterhalb des Wagens 60 wird eine Sammelplatte 24 mit einer rechteckigen Anordnung von Sammelbehältern 26 in einer unteren Vakuumkammer (nicht gezeigt) getragen.
Der Wagen 60 ist auf einem Paar von parallelen, länglichen Wagenschienen für eine lineare Hin- und Herbewegung entlang einer ersten, im wesentlichen horizontalen Achse montiert. In der dargestellten Ausführungsform ist eine der Wagenschienen eine lineare Auflagerungsschiene, die mit dem Bezugszeichen 64 gekennzeichnet ist, die den Wagen 60 mittels eines dazwischenliegenden linearen Auflagerungselements 65 trägt, das an die Unterseite des Wagens 60 in Richtung einer seitlichen Kante angebracht ist. Die andere Wagenschiene ist eine U-förmige Auflagerungsführung, die mit dem Bezugszeichen 66 gekennzeichnet ist, die ein Auflagerungsrad 68 aufnimmt, das sich von der äußeren Kante des Wagens 60 in einer länglichen Spur oder einem länglichen Schlitz 66a seitwärts nach außen erstreckt.
Der Wagen 60 wird entlang der Schienen 64, 66 durch eine Gurtanordnung bewegt, die aus einem flexiblen Gurt 70 besteht, dessen Enden an jedem längsseitigen Ende einer U-förmigen Halterung 74 angebracht sind, die einen Teil eines nachstehend ausführlicher beschriebenen federbelasteten Bewegungssteuermechanismus 72 ausbildet. Der Gurt 70 ist über eine Antriebswalze 76 und eine Leitwalze 78 geführt, die in der Nähe von sich längsseitig gegenüberliegenden Enden der Wagenschienenanordnung angeordnet sind. Um einen Schlupf zu verhindern, kann der Gurt mit Zähnen 70a bereitgestellt sein, die für eine paarende Ineingriffnahme mit komplementären Sätzen von Zähnen 76a, 78a auf den Walzen ausgestaltet sind.
Die Antriebswalze 76 steht in mechanischer Verbindung mit einem Motor, wie er beispielsweise mit dem Bezugszeichen 82 gekennzeichnet ist, über eine Leistungszuganordnung, wie sie im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 84 gekennzeichnet ist. Wenn der Motor 82 gestartet wird, dann wird sich der Gurt 70 bewegen und bewirken, dass der Wagen 60 entlang der Wagenschienen 64, 66 gleitet, wobei die Bewegungsrichtung von der Rotation der Antriebswelle 86 abhängt, die sich vom Motor 82 erstreckt. Bei dem Motor 82 kann es sich um einen beliebigen, geeigneten, herkömmlichen Motorentyp handeln, wie beispielsweise um einen Schrittmotor, einen Servomotor oder eine vergleichbare Vorrichtung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erwägt die Verwendung eines Schrittmotors zum Bewegen des Gurts. Es ist allgemein bekannt, dass es sich bei einem Schrittmotor um einen spezialisierten Motorentyp handelt, der sich in individuellen Schritten bewegt. Anders als im Fall von Servomotoren kann de Position eines Schrittmotors bestimmt werden, ohne dass kostspielige Kodiervorrichtungen benötigt werden, um dessen Position zu überprüfen. Schrittmotoren sind aufgrund ihrer vereinfachten Steuerung und ihrer vereinfachten Steuerschaltung weitaus kosteneffizienter als Servomotoren. In einem Schrittmotor müssen keine Bürsten ausgewechselt werden, was die Häufigkeit der Wartung vermindert. Aufgrund ihrer einfachen Verwendung und der verhältnismäßig geringen Kosten, werden in vielen modernen computerisierten Bewegungssteuersystemen oftmals Schrittmotoren gegenüber Servomotoren bevorzugt.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein Steuerungssystem bereitgestellt, um den Schrittmotor auf eine gewünschte Art und Weise zu betreiben. Beispielsweise kann eine Mikrosteuereinheit, wie beispielsweise ein Motorola 68332, verwendet werden, um den Motor mittels herkömmlicher Techniken zu steuern.
Wie vorstehend erwähnt, bewirkt ein Vorrücken des Motors 82, dass sich der Gurt 70 um die Walzen 76, 78 bewegt, wobei die Bewegungsrichtung von der Rotationsrichtung der Motorenwelle 86 abhängt. Die Bewegung des Gurts 70 wiederum bewirkt, dass der Wagen 60 entlang der Führungsschienen 64, 66 gleitet, wodurch die Tropfenführungsanordnung 16 seitwärts hinsichtlich der Sammelbehälteranordnung 26 verschoben wird. Wenn die Tropfenführungen 16 derart positioniert sind, dass sie sich in jeweilige Sammelbehälter 26 erstrecken, dann wird ein ausreichendes Vorrücken des Motors in eine gegebene Richtung bewirken, dass die Tropfenführungen 16 die oberen Innenseiten der Sammelbehälter 26 in Eingriff nehmen, wie dies in den Querschnittsansichten der 9(A) bis 9(C) gezeigt ist. Auf diese Weise werden abhängende Tropfen von Filtrat, die an den Tropfenführungen 16 hängen, von den Innenseiten jeweiliger Sammelbehälter 26 "abgestriffen". Auf ähnliche Art und Weise können die Tropfenführungen 16, sobald die Richtung des Schrittmotors umgekehrt worden ist, bewegt werden, um die oberen Innenseiten auf der gegenüberliegende Seite der Sammelbehälter 26 in Eingriff zu nehmen, um noch weiter das effektive "Abstreifen" von abhängenden Tropfen sicher zu stellen.
Wie vorstehend erwähnt, ziehen alternative Ausführungsformen der Erfindung die Verwendung eines Servomotors in Betracht, um den Gurt zu bewegen. In einer derartigen Ausführungsform ist eine Einrichtung zum Bereitstellen einer Positionsrückkopplung bereitgestellt, wie beispielsweise eine Kodiervorrichtung (nicht gezeigt), um die Position des Servomotors zu verfolgen.
Zusätzlich trägt der Wagen Mittel zum Bewegen und Positionieren der Mikrofiltrationsanordnung 6 entlang einer zweiten, im allgemeinen vertikalen Achse. Insbesondere bezugnehmend auf die Ausführungsform von 7, ein vertikaler Positioniermechanismus ist auf der Oberseite des Wagens entlang jeder Längsseite der Mikrofiltrationsanordnung angeordnet. Jeder vertikale Positioniermechanismus umfasst (i) Hubfedern, wie sie beispielsweise mit dem Bezugszeichen 92 gekennzeichnet sind, die eine kontinuierliche, nach oben gerichtete Kraft bereitstellen, die dahin wirkt, die Mikrofiltrationsanordnung 6 in eine erhöhte Position zu erheben, bei der die Tropfenführungen 16 vollständig aus den oberen Enden der Sammelbehälter 26 herausgezogen sind, und (ii) Fluidzylinder, wie sie beispielsweise mit dem Bezugszeichen 94 gekennzeichnet sind, die betrieben werden können, die Mikrofiltrationsanordnung 6 entgegen der Kraft der Hubfedern 92 in eine abgesenkte Position abzusenken, in der sich jede Tropfenführung 16 in den oberen Bereich eines jeweiligen Sammelbehälters 26 erstreckt. In der vollständig abgesenkten Position bildet die Mikrofiltrationsanordnung 6 eine Abdichtung mit der unteren Vakuumkammer (nicht gezeigt) aus.
Sowohl die Federn 92 als auch die Fluidzylinder 94 nehmen an ihren oberen Enden Griffe, die beispielsweise mit dem Bezugszeichen 96 gekennzeichnet sind, in Eingriff, die sich von jeder Längsseite des Trägerrahmens 38 der Mikrofiltrationsanordnung nach oben und nach außen erstrecken. In einer Ausführungsform sind die Feder/Zylinderanordnungen funktionsfähig, die Mikrofiltrationsanordnung an einer von drei Positionen zu halten: (i) einer angehobenen Position oder Bewegungsposition, (ii) einer Abstreifposition und (iii) einer abgesenkten Position oder Abdichtungsposition.
Der Abstreifvorgang kann durchgeführt werden, wobei die Mikrofiltrationsanordnung 6 in jedweder Position entlang der zweiten (vertikalen) Achse angeordnet ist, mit der Maßgabe, dass sich lediglich die Tropfenführungen 16 wenigstens teilweise nach unten in die Sammelbehälter 26 erstrecken. In einer Ausführungsform wird das Abstreifen der Tropfenführungen 16 an den inneren Seitenwänden der Sammelbehälter 26 bewirkt, wobei die Mikrofiltrations anordnung 6 ein wenig oberhalb ihrer vollständig abgesenkten Position angeordnet ist, so dass die untersten Bereiche der Tropfenführungen 16 in der Nähe ihrer Auslässe 16c die Innenseiten der Sammelbehälter 26 anstoßen werden.
Der Bereich jeder Tropfenführung 16 in der Nähe ihres Auslasses kann geformt sein, beispielsweise um ihren unteren Umfang gewinkelt oder abgedacht, um die Lokalisierung jedweder abhängender Tropfen von Filtrat in bestimmte Bereiche der Tropfenführung 16 zu unterstützen und um den Kontakt zwischen derartigen Bereichen mit der inneren Seitenwand eines entsprechenden Sammelbehälters 26 während des Abstreifens zu optimieren. In ähnlicher Weise kann der obere Bereich jedes Sammelbehälters 26 gleichfalls geformt sein, beispielsweise in einer Art und Weise, die zu einer geformten Tropfenführung 16 komplementär (paarend) ist, so dass eine adäquate Berührung zwischen diesen Elementen während des Abstreifens stattfindet, um die Tropfenführungen im wesentlichen von jedweden abhängenden Tropfen von Filtrat zu befreien. In einer bevorzugten Ausführungsform, wie sich den 9A bis 9C entnehmen lässt, ist der obere Bereich jedes Sammelbehälters mit einer nach außen gewinkelten inneren Seitenwand ausgebildet, die einer nach innen gewinkelten Außenseite entlang des unteren Bereichs einer entsprechenden Tropfenführung entspricht, wodurch eine im wesentlichen anstoßende Fläche zwischen diesen Elementen während eines Abstreifvorgangs bereitgestellt wird.
Wie vorstehend beschrieben, werden die diskreten Schritte der Winkelrotation, die auf die Welle 86 aufgebracht werden, jedes Mal wenn der Schrittmotor 82 einen Schritt vorrückt, letztendlich in eine gegebene Länge einer linearen Bewegung der Halterung 74 übertragen. Beispielsweise kann ein einmaliges Vorrücken des Motors 82 bewirken, dass sich die Halterung 74 um ¼ Zoll in eine bestimmte Richtung bewegt. Es sollte erkannt werden, dass die minimale Anzahl von Schritten, die der Schrittmotor 82 durchführen muss, um ein Abstreifen zu bewirken, bewirken kann, dass sich die Tropfenführungen 16 weiter als nötig bewegen. Mit anderen Worten, die Tropfenführungen 16 können in eine Ineingriffnahme mit den Innenwänden der Sammelbehälter 26 bewegt werden, wobei ein fortbestehender Druck besteht, sich über die Innenwände hinaus zu bewegen. Wie nachstehend beschrieben, kann ein derartiges lineares Überschießen vorteilhaft sein, da es dabei behilflich sein kann, abhängende Tropfen zu entfernen. Es sollte erkannt werden, dass es wünschenswert ist, die Tropfenführungen in eine geeignete Position gegen die Seitenwände der Sammelbehälter zu bewegen (beispielsweise in eine feste Anstoßung mit den Seitenwänden), um effektiv das Entfernen von abhängenden Tropfen zu fördern. Indem ein geeigneter Betrag eines linearen Überschießens der längsseitigen Bewegung der Tropfenführungen bereitgestellt wird, kann ein solches Positionieren sichergestellt werden (d. h. die Tropfenführungen werden nicht vor den Seitenwänden Halt machen), trotz zahlreicher kleiner Positionierungsungenauigkeiten, die der Anordnung innewohnen. Somit bestimmen die Seitenwände selbst, indem ein geeigneter Berag eines linearen Überschießens bereitgestellt wird, die endgültige Position der Tropfenführungen. Es ist gleichfalls wünschenswert, das Drehmoment relativ niedrig zu halten, wodurch ein Versetzen des Motors verhindert wird. Es ist ferner wünschenswert, ein wenig des linearen Überschießens zu absorbieren oder zu kompensieren, um eine Überbelastung der Tropfenführungen 16 und/oder der Sammelbehälter 26 zu verhindern.
In dieser Hinsicht zieht eine Ausführungsform der Erfindung die Verwendung eines federbelasteten Bewegungssteuerungsmechanismus 72 in dem mechanischen Getriebesystem zwischen dem Motor 82 und dem Wagen 60 in Betracht. Der Bewegungssteuerungsmechanismus 72 stellt die akkurate Positionierung der Tropfenführungen in anstoßender Berührung mit den Seitenwänden sicher, während eine übermäßige lineare Bewegung absorbiert wird, die über den Betrag hinausgeht, der erforderlich ist, um die Tropfenführungen 16 in Berührung mit den inneren Seitenwänden der Sammelbehälter 26 zu verschieben. Als einen zusätzlichen Vorteil stellt der Bewegungssteuerungsmechanismus 72 einen Dämpfungswiderstand gegen eine Gleitbewegung des Wagens 60 entlang der Schienen 64, 66 bereit.
In einer Ausführungsform umfasst der Bewegungssteuerungsmechanismus eine Feder, die derart angeordnet ist, dass die Bewegung des Wagens in jede der beiden Richtungen entlang der ersten Achse diese Feder unter Druck setzen wird. Insbesondere unter Bezugnahme auf die teilweise schematischen Draufsichten der 10(A) bis 10(C), die U-förmige Halterung 74, die einen Teil der Gurtanordnung ausbildet, ist feststehend mit einem Gehäuse 101 verbunden, das große und kleine Bohrungen enthält, die jeweils im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 102 und 108 gekennzeichnet sind. Die Bohrung 102 weist einen Abschnitt großen Durchmessers 102a und einen Abschnitt kleinen Durchmessers 102b auf, die durch eine radialen Stufe 102c getrennt sind. Eine Welle mit abgestuftem Durchmesser, die im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 104 gekennzeichnet und einen Abschnitt 104a großen Durchmessers und einen Abschnitt 104b kleinen Durchmessers aufweist, die durch eine radialen Stufe 104c getrennt sind, führt durch die Bohrung 102 und ist feststehend an deren Ende großen Durchmessers an einem verlängerten Armabschnitt 60a des L-förmigen Wagens 60 befestigt. Ein Führungsstift 106, der dabei behilflich ist, die im wesentlichen horizontale Orientierung des Wagens 60 beizubehalten, ist an einem Ende feststehend an den verlängerten Armabschnitt 60a des Wagens 60 angebracht und wird mit seinem anderen Ende in einer kleinen Bohrung 108 aufgenommen. Innerhalb des Abschnitts großen Durchmessers 102a der Bohrung 102, befestigt eine Feder 110 konzentrisch den Abschnitt kleinen Durchmessers 104b der Welle 104 zwischen einem Paar von beabstan deten Dichtungsringen, die mit den Bezugszeichen 112 und 116 gekennzeichnet sind. Die zwei Dichtungsringe 112, 116 sind für eine gleitende Bewegung entlang des Abschnitts kleinen Durchmessers 104b der abgestuften Welle 104 konzentrisch montiert. Die Feder 110 drängt die zwei Dichtungsringe 112, 116 in Richtung der gegenüberliegenden, äußersten Enden des Abschnitts kleinen Durchmessers 104b der Welle 104. Ein Dichtungsring mit feststehender Position 114 ist innerhalb einer umfänglichen Rille (nicht gezeigt) angeordnet, die in dem Abschnitt kleinen Durchmessers 104b der Welle 104 in der Nähe deren freien Endes ausgebildet ist.
Wenn der Gurt 70 die U-förmige Halterung 74 in der in 10B durch den Pfeil "A" gekennzeichneten Richtung bewegt, dann gleitet die Bohrung 102 entlang der Welle 104 in Richtung des verlängerten Arms 60a des Wagens 60. Im Ergebnis wirkt eine ringförmige Lippe 120, die sich radial nach Innen am Ende der Bohrung 102 erstreckt, gegen einen ringförmigen Umfangsbereich des Dichtungsrings 112, wodurch bewirt wird, dass der Dichtungsring 112 entlang des Abschnitts kleinen Durchmessers 104b der abgestuften Welle 104 gleitet, wodurch die Feder 110 zusammengedrückt wird. Wenn die Druckkraft die vorgeladene Rückhaltekraft übersteigt, dann wird der Wagen 60 in dieselbe Richtung (Richtung "A") verschoben.
Wenn der Gurt 70 die U-förmige Halterung 74 in der in 10C durch den Pfeil "B" gekennzeichneten Richtung bewegt, dann gleitet die Bohrung 102 entlang der Welle 104 in Richtung weg von dem verlängerten Arm 60a des Wagens 60. Im Ergebnis wirkt die radiale Stufe 102c der Bohrung 102 gegen einen ringförmigen Umfangsbereich des Dichtungsrings 116, wodurch bewirt wird, dass der Dichtungsring 116 entlang des Abschnitts kleinen Durchmessers 104b der abgestuften Welle 104 gleitet, wodurch die Feder 110 zusammengedrückt wird. Wenn die Druckkraft die vorgeladene Rückhaltekraft übersteigt, dann wird der Wagen 60 in dieselbe Richtung (d. h. Richtung "B") verschoben.
In einer Ausführungsform stellt Feder 110 eine vorgeladene Kraft von ungefähr 1 Pfund bereit. Somit wird die Kraft, die durch den Schrittmotor 82 bereitgestellt wird, so lange nicht ausreichend sein, den Wagen 60 zu bewegen, bis der Schwellenwert von ungefähr 1 Pfund überschritten worden ist. Vorteilhafterweise stellt die Anordnung bereit (i) einen konstanten Haltemodus in der Zentral- oder Neutralposition und (ii) einen konstanten Kraftmodus zum Bewirken des Abstreifens. Die Feder 110 stellt Nachgiebigkeit in dem System bereit, indem erlaubt wird, dass das Abstreifen beispielsweise bei einem Pfund startet und bei 1.2 Pfund endet.
Unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebene Vorrichtung zieht eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte in Erwägung:

(i) die Mikrofiltrationsanordnung 6 wird auf den Wagen 60 geladen und an Ort und Stelle eingeklemmt;
(ii) der Wagen 60 wird über einer unteren Vakuumkammer 29 zentriert;
(iii) die Mikrofiltrationsanordnung 6 wird in ihre abgesenkte Position abgesenkt (indem beispielsweise die Fluidzylinder 94 zurück gezogen werden) und über der Vakuumkammer 29 abgedichtet;
(iv) ein Roboter (nicht gezeigt) senkt die obere Vakuumkammer 20 gegen die Oberseite der Mikrofiltrationsanordnung 6 ab und bringt optional eine nach unten gerichtete Kraft, von beispielsweise ungefähr 5 Pfund, auf die gestapelte Anordnung auf;
(v) die untere Vakuumkammer 29 wird evakuiert (beispielsweise bei ungefähr 0.5 bis 3 psi), um die Elution/Purifizierung zu bewirken;
(vi) der Wagen 60 wird ein wenig von seiner vollständig abgesenkten Position zu einer Abstreifhöhe angehoben, bei der sich lediglich die untersten Bereiche der Tropfenführungen 16 unter die oberen Lippen der Sammelbehälter 26 erstrecken;
(vii) der Motor 82 wird in eine Vorwärtsrichtung vorgerückt, um die Tropfenführungen 16 an einer Seitenwand der Sammelbehälter 26 abzustreifen.
(viii) der Motor 82 wird in eine Rückwärtsrichtung vorgerückt, um die Tropfenführungen 16 an der gegenüberliegenden Seitenwand der Sammelbehälter 26 abzustreifen;
(ix) das Vorrücken des Motors 82 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung wird wiederholt, um jeden der Abstreifschritte noch einmal durchzuführen;
(x) der Wagen 60 wird wiederum über der unteren Vakuumkammer 29 zentriert;
(xi) die Mikrofiltrationsanordnung 6 wird in ihre abgesenkte Position abgesenkt und über der unteren Vakuumkammer 29 abgedichtet;
(xii) optional kann der Roboter eine nach unten gerichtete Kraft, von beispielsweise ungefähr 5 Pfund, auf die gestapelte Anordnung aufbringen;
(xiii) die obere Vakuumkammer 20 wird evakuiert, um ein Zurückziehen von abhängenden Tropfen (beispielsweise bei ungefähr 0.1 bis 0.3 psi) zu bewirken;
(xiv) die Mikrofiltrationsanordnung 6 wird in ihre vollständig angehobene Position angehoben, so dass die Tropfenführungen 16 vollständig aus den Sammelbehältern 26 herausgezogen sind; sodann
(xv) wird der Wagen 60 zu der nächsten Station bewegt.

11 zeigt eine automatisierte Probenpräparierungsarbeitsstation 202 mit hoher Durchsatzrate einschließlich zum Beispiel einer Mikrofiltrationsvorrichtung, Kreuzverunreinigungskontrollanordnungen als auch Sammelbehälterabdeckanordnungen und Sammelbehälter hitzeabdichtungsanordnungen (nachstehend beschrieben) und dazugehöriger Komponenten und Reagenzien gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, können mehrere Sammelplatten in angrenzenden Vakuumkammern bereitgestellt werden, die in der Nähe eines Endes der Arbeitsstation Seite an Seite angeordnet sind. Zum Beispiel kann eine Sammelplatte mit geschlossen Böden, wie beispielsweise mit dem Bezugszeichen 24 gekennzeichnet, in jeder von zwei an den Enden angeordneten Vakuumkammern angeordnet sein, während Sammelplatten mit offenen Böden in den zwei mittleren Vakuumkammern angeordnet sein können. Der Wagen 60 kann sodann eine Mikrofiltrationsanordnung 6 erfolgreich von einer Vakuumkammer zur nächsten befördern. Beispielsweise kann eine anfängliche Sammlung von Filtrat bei der Vakuumkammer stattfinden, die in der Nähe der Vorderseite der Arbeitsstation die Sammelplatte 24 mit geschlossenen Böden hält. Sodann können bei jeder der zwei mittleren Vakuumkammer, bei denen Sammelplatten mit offenen Böden angeordnet sind, aufeinander folgende Waschgänge durchgeführt werden. Anschließend kann eine abschließende Sammlung von Filtrat an der Vakuumkammer in der Nähe der Rückseite der Arbeitsstation stattfinden, bei der eine weitere Sammelplatte mit geschlossenen Böden angeordnet ist.
Hinsichtlich der räumlichen Ausrichtung sollte an dieser Stelle bemerkt werden, dass die verschiedenen Komponenten (z. B. obere Kammer, Minisäulenplatte, Filterelement, Tropfenführungsplatte, Rahmen, Überkreuzflussbegrenzer, Sammelbehälterplatte und untere Kammer) hier als in vertikaler Beziehung gestapelt dargestellt und beschrieben werden, wobei die obere Vakuumkammer die oberste Komponente darstellt. Ferner ist jeder Mikrofiltrationsbehälter derart beschrieben, dass seine Mittelachse in einer im wesentlichen vertikalen Art und Weise verläuft, wobei sich ein Flussweg nach unten durch den Behälter erstreckt. Es sollte jedoch bemerkt werden, dass diese Orientierungen im Rahmen dieser ausführlichen Beschreibung lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit verwendet worden sind, um ein Verständnis der Erfindung zu erleichtern. Im Gebrauch zieht es die vorliegende Erfindung in Erwägung, dass die Komponenten und Behälter in jedweder Orientierung angeordnet werden können.
Der Fachmann erkennt nunmehr anhand der vorstehenden Beschreibung, dass die vorliegende Erfindung in zahlreichen Ausgestaltungen verwirklicht werden kann. Während die Erfindung hinsichtlich bestimmter Ausführungsformen und deren Beispielen beschrieben worden ist, bestimmt sich daher der wirkliche Schutzumfang der Erfindung durch die nachstehenden Ansprüche.

Claims

Mikrofiltrationsvorrichtung zum Verarbeiten eine Vielzahl von flüssigen Proben, umfassend: eine erste Platte (10) mit einer Vielzahl von Säulen (12), wobei jede Säule (12) (i) eine erste innere Bohrung (12a), die einen Kanal innerhalb der Säule (12) definiert, und (ii) einen Endbereich zum Aufnehmen eines Filtermediums (8a; 8b) innerhalb der Säule (12) umfasst, wobei der Endbereich (a) eine zweite innere Bohrung (12b) mit einem größeren Durchmesser als die erste innere Bohrung (12a) und (b) einen Übergangsbereich definiert, der die zweite innere Bohrung (12b) mit der ersten inneren Bohrung (12a) verbindet, ein Filtermedium (8a; 8b) zum Probenfiltern, das innerhalb jedes Säulenendbereichs angrenzend an den Übergangsbereich angeordnet ist, eine zweite Platte (14) mit einer Vielzahl von Abflusskanälen (16), wobei jeder Abflusskanal (16) einen nach oben abstehenden oberen Endbereich aufweist, der derart mit einem dazugehörigen Säulenendbereich ausgerichtet ist und in diesem aufgenommen wird, dass eine im Wesentlichen flüssigkeitsundurchlässige Verbindung zwischen diesen ausgebildet wird, wobei der obere Endbereich des Abflusskanals einen abschließenden Kantenbereich (16a) zum Tragen eines Umfangsbereichs des Filtermediums (8a; 8b) aufweist, so dass jedes Filtermedium (8a, 8b) zwischen einem Säulenübergangsbereich und dem abschließenden Kantenbereich (16a) eines dazugehörigen Abflusskanals (16) auf eine Art und Weise in Kompression gehalten wird, die wirksam ist, (i) das Filtermedium (8a; 8b) sicher fest zu halten und (ii) einen Umfangsseitenkantenbereich des Filtermediums (8a; 8b) radial gegen eine innere Seitenwand der Säule (12) zu drücken, um Leckage um dessen Kanten zu verhindern.
Mikrofiltrationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Übergangsbereich einen ringförmig verjüngten Abschnitt (12d) aufweist und wobei der Umfang des ringförmig verjüngten Abschnitts (12d) in einer im Wesentlichen gleichförmigen Art und Weise entlang einer Richtung von der zweiten inneren Bohrung (12b) zu der ersten inneren Bohrung (12a) abnimmt.
Mikrofiltrationsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine Linie, die entlang des verjüngten Abschnitts (12d) verläuft, der Länge nach relativ zu der Säule (12) einen spitzen Winkel mit einer zu einer Längsachse der Säule (12) senkrechten Ebene ausbildet und die Säule (12) durch eine Verbindung des Übergangsbereichs mit der zweiten inneren Bohrung (12b) schneidet.
Mikrofiltrationsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der spitze Winkel in dem Bereich von 30–60 Grad liegt.
Mikrofiltrationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder abschließende Kantenbereich (16a) in Berührung mit weniger als ungefähr 10% der Oberfläche einer Unterseite eines jeweiligen Filtermediums (8a; 8b) steht.
Mikrofiltrationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mikrofiltrationsvorrichtung ferner eine Vielzahl von flossenartigen Stützstrebepfeilern (58a; 58b; 58c) umfasst, die in jedem der Abflusskanäle angeordnet sind, wobei die Stützstrebepfeiler (58a; 58b; 58c) längliche, schmale oberste Oberflächen aufweisen, die im Wesentlichen koplanar mit einer Ebene sind, die durch den abschließenden Kantenbereich definiert ist.
Mikrofiltrationsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die horizontale Querschnittsfläche eines oberen Bereichs jedes Stützstrebepfeilers (58a; 58b; 58c) in eine Richtung abnimmt, die sich hin zu deren obersten Oberfläche auf eine Art und Weise erstreckt, so dass die Schnittfläche der obersten Oberfläche mit der Ebene des abschließenden Kantenbereichs (16a) im Wesentlichen tangential ist und eine Linie ausbildet.
Mikrofiltrationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mikrofiltrationsvorrichtung ferner eine gasdurchlässige Matrix umfasst, die zumindest teilweise aus einem porösen hydrophilen Polymermaterial besteht, wobei die Matrix auf einer der ersten Platte (10) gegenüberliegenden Seite an die zweite Platte (14) angebracht ist und wobei die Matrix eine Vielzahl der Abflusskanäle (16) umschreibt.
Mikrofiltrationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mikrofiltrationsvorrichtung ferner Mittel umfasst zum Verschieben der ersten (10) und zweiten (14) Platten in eine beliebige von zwei Richtungen von einer "Referenznullposition" entlang einer sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden Achse und sodann zum Zurückführen der Platten in die "Referenznullposition", wobei die Verschiebemittel einen Schrittmotor in mechanischer Verbindung mit den Platten einschließt, so dass eine winklige Rotation des Schrittmotors eine geradlinige Bewegung der Platten hervorruft.
Mikrofiltrationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mikrofiltrationsvorrichtung ferner Mittel umfasst zum Abziehen von anhängenden Flüssigkeitstropfen, die an den Abflusskanälen (16) hängen, in eine Richtung weg von dem Sammelprobenbehältern (18) und aufwärts in die Abflusskanäle (16).
Verfahren zum simultanen Ausbilden einer Vielzahl von Mikrofiltrationsprobenbehältern (18), wobei jeder Mikrofiltrationsprobenbehälter einen sich durch diesen erstreckenden, im Wesentlichen unbehinderten Flüssigkeitsweg aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, (I) Anordnen einer Schicht eines Filtermedium (8) zwischen (A) einer ersten Platte (10), die eine Vielzahl von Säulen (12) enthält, wobei jede Säule (12) (i) eine erste innere Bohrung (12a), die einen Kanal innerhalb der Säule (12) definiert, und (ii) einen Endbereich aufweist, der (a) eine zweite innere Bohrung (12b) mit einem größeren Durchmesser als die erste innere Bohrung (12a) und (b) einen Übergangsbereich definiert, der die zweite innere Bohrung (12b) mit der ersten inneren Bohrung (12a) verbindet, und (B) einer zweiten Platte (14) mit einer Vielzahl von Abflusskanälen (16), wobei jeder Abflusskanal (16) einen nach oben abstehenden oberen Endbereich aufweist, der der ersten Platte (10) gegenüberliegt und mit einem dazugehörigen Säulenendbereich ausgerichtet ist, und (II) Zusammendrücken der Platten auf eine Art und Weise, die dahin wirkt, Abschnitte des Filtermediums aus der Schicht (8) herauszustoßen, um einen Filtermediumstöpsel (8a; 8b) bereitzustellen, der innerhalb des Endbereichs jeder Säule angeordnet ist, wobei der Stöpsel in Kompression zwischen einem Säulenübergangsbereich und einem dazugehörigen oberen Endbereich eines Abflusskanals gehalten wird, wobei ein Umfangsseitenkantenbereich des Filtermediums (8a; 8b) radial gegen eine innere Seitenwand der Säule gedrückt wird, um Leckage um dessen Kanten zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren ferner den Schritt umfasst, die erste Platte (10) an die zweite Platte (14) zu befestigen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Befestigens bewirkt wird, indem eine Verbindung zwischen einer inneren Seitenwand jeder zweiten inneren Bohrung (12b) und einer äußeren Umfangsoberfläche eines jeweiligen oberen Endbereichs ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Verbindung mittels Ultraschall-Schweißen ausgebildet wird.