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WILHELM SCHMIDT, HERONIS ALEXANDRINI OPERA QVAE SUPERSUNT OMNIA, VOL. 1: PNEVMATICA ET AVTOMATA
MICHAEL A. INNIS; DAVID H. GELFAND: "Optimization ofPCRs", PCR PROTOCOLS, A GUIDE TO METHODS AND APPLICATIONS, 1990
| Patentansprüche: 1. Vorrichtung 1.1. zur Reihentestung flüssiger Proben, dadurch gekennzeichnet, daß 1.2. Proben-Kammern [kp], die 1.2.1. zu testende flüssige Proben aufnehmen, 1.2.2. über Überlaufleitungen [lpu] 1.2.3. in einer binären oder t-ären Baumordnung zueinander angeordnet sind und 1.2.4. Möglichkeiten des Druckausgleichs besitzen, 1.2.4.1. vorzugsweise durch je eine Druckausgleichsleitung [lda,ldb,ld...] zur zugehörigen logisch untergeordneten Proben-Kammer [kn], also [kpa,kpb,kp...], hin, 1.3. die logisch übergeordneten Proben-Kammern [kv] physisch tiefer liegen als die das zu mischende Volumen liefernden [kn], 1.4. jede Proben-Kammer mindestens folgende Teile umfaßt: 1.4.1. oben t Eingänge [lpa,lpb,lp...] von logisch untergeordneten, hydrostatisch höherliegenden Proben-Kammern her, 1.4.1.1. nach unten einmündend in einen Proben-Kammerhals [kh], 1.4.1.2. von [kh] aus nach unten einmündend in eine Probenrückhaltekammer [kr], 1.4.2. des weiteren zwischen Proben-Kammerhals [kh] und Probenrückhaltekammer [kr] eine Öffnung [lpue] 1.4.2.1. zu einer ausgehenden Überlaufleitung [lpu] und 1.4.2.2. von [lpu] aus zu einer ausgehenden Leitung [lp] hin, 1.4.2.3. wobei jede der t Überlaufleitungen [lpu,lp] einer Proben-Kammer [kp] aus einer der t logisch untergeordneten, also hydrostatisch höher liegenden Proben-Kammern [kn] in den Eingang [lpa,lpb,lp...] der ihr logisch übergeordneten, hydrostatisch tieferliegenden Proben- Kammer führt, 1.5. zu testende Proben aufnehmende Proben-Kammern in einer binären oder t-ären Baumordnung angeordnet sind, wobei 1.5.1. jede Proben-Kammer [kp] eine Probe aufnimmt, die sein kann 1.5.1.1. eine Einzelprobe, z.B. aus einem Probenröhrchen, oder 1.5.1.2. eine testneutrale Dummyprobe [pO] oder 1.5.1.3. eine Mischprobe aus t logisch direkt untergeordneten Knoten oder 1.5.1.4. eine Mischprobe aus t logisch direkt untergeordneten Wurzelknoten kaskadierender Vorrichtungen, 1.5.2. jede Probe bzw. Proben-Kammer [kp] logisch einen Baumknoten darstellt und 1.5.3. das t in "t-är", also die Anzahl logisch direkt untergeordneter Knoten pro innerem Knoten, 1.5.3.1. fix ist oder aber 1.5.3.2. über die Baumhöhe variabel, 1.5.4. jede Einzelprobe [pe] 1.5.4.1. logisch einen Blattknoten [kb] darstellt und 1.5.4.2. einer Einzelproben-Kammer, z.B. einem Proberöhrchen, entspricht, 1.5.5. jede Mischprobe [pm] 1.5.5.1. logisch einen inneren Knoten [ki] darstellt (d.h. keinen Blattknoten) und 1.5.5.2. einer Proben-Kammer [kp] entspricht, 1.6. das Volumen jeder Proben-Kammer [kp] sich logisch aufteilt in 1.6.1. ein für einen etwaigen Test in einer Probenrückhaltekammer [kr] benötigtes Probenvolumen [vr] und 1.6.2. ein Volumen [vh] im Proben-Kammerhals [kh] innerhalb [kn], das mindestens den t-ten Teil des Volumens [vr] der logisch übergeordneten Probenrückhaltekammer [kr] innerhalb [kv] ausmacht. 2. Verfahren 2.1. zur Reihentestung flüssiger Proben, dadurch gekennzeichnet, daß 2.2. eine Probe entweder 2.2.1. eine Einzelprobe ist oder 2.2.2. eine Mischprobe aus t Einzel- oder Mischproben oder 2.2.3. eine testnegative Dummy-Flüssigkeit ist, 2.3. zwecks Mischens 2.3.1. die zu testenden Einzelproben [pe] in hydrostatisch am höchsten liegende Proben- Kammern der Blattknoten [kb] des Baumes eingebracht werden, 2.3.2. die Proben 2.3.2.1. aus jeweils t logisch untergeordneten Proben-Kammern [kpa,kpb,kp...] 2.3.2.2. in eine ihnen logisch übergeordnete, hydrostatisch tieferliegende Proben-Kammer [kv] 2.3.2.3. gemischt eingeleitet werden, sodaß 2.3.2.4. das Flüssigkeitsniveau [hpu] der Mischprobe zu Überlauf an der ausgehenden Leitung [lpu] führt, 2.3.2.5. nach diesem Überlauf aus jeder dieser t Proben-Kammern [kpa,kpb,kp...] ein zum Mischen weiterzugebendes Probenvolumen [vh] 2.3.2.5.1. ohne weiteres Zutun abfließt und 2.3.2.5.2. in den nächsten, logisch übergeordneten Knoten [kv] weitergegeben wird, 2.3.2.5.3. das Verhältnis eines zu testenden Volumens [vr] unterhalb der Überlauföffnung [lpue] zu dem überlaufenden Volumen [vh] oberhalb derselben [lpue] so bemessen ist, daß 2.3.2.5.4. immer nur ein t-ter Teil des Probenvolumens [vp] als weiterzugebendes Probenvolumen [vh] abfließt, 2.3.2.6. ein pro Test benötigtes Volumen [vr] dagegen in der Probenrückhaltekammer [kr] verbleibt, 2.3.2.7. anschließend jeder innere Knoten [ki] des Testbaumes ein Probengemisch [pm] aus t logisch untergeordneten Proben [kn] enthält, 2.3.2.8. das Testergebnis eines inneren Knotens [ki] dadurch immer den Sammelstatus bzw. die ODER- Verknüpfung der Testergebnisse aller seiner untergeordneten Knoten, also des ganzen ihm untergeordneten Teilbaumes [bt] bis zu den Blattknoten [kb] darstellt, 2.4. das Testen der Proben dagegen 2.4.1. bei der Wurzel [wv] begonnen wird, 2.4.2. in jedem Knoten [kp] mit positivem Testergebnis [+] jeweils 2.4.2.1. alle seine direkt untergeordneten Knoten [kpa,kpb,kp...] getestet werden und 2.4.2.2. der dabei zurückgelegte Test-Pfad bzw. die dabei zurückgelegten Test-Pfade in mindestens einem Zweig zu mindestens einem Blattknoten [kba,kbb,kb...], also zu mindestens einer positiven Einzelprobe, führt, 2.4.3. in jedem Knoten mit negativem Testergebnis [-] dagegen jeweils 2.4.3.1. auch alle seine untergeordneten Teilbäume [bt] einschließlich deren Teilbäume bis hin zu deren Blattknoten [kb] implizit negativ sind und 2.4.3.2. nicht getestet werden brauchen. 3. Vorrichtung und Verfahren 3.1. nach Anspruch 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, daß 3.2. die die Proben-Kammern [kpa,kpb,kp...] verbindenden Überlaufleitungen [lpu] Saugheber sind und 3.3. derart angeordnet sind, daß 3.3.1. in jede logisch untergeordnete, also hydrostatisch höher liegende Proben-Kammer [kn] je ein Saugheber [lpu] eintaucht, dessen ausgehende Öffnung [lp] 3.3.1.1. hydrostatisch tiefer liegt oder in eine tieferliegende Lage gebracht wird als dessen Ansaug-Öffnung [lpue] und 3.3.1.2. in einen der t Eingänge [analog zu kpa,kpb,kp...] der logisch übergeordneten, hydrostatisch tieferliegenden Proben-Kammer [kv] führt, 3.4. das Verfahren so funktioniert, daß 3.4.1. durch das Einleiten von je 1 t-tel aus jeweils t logisch untergeordneten Proben- Kammern [kn] 3.4.2. das steigende Flüssigkeitsniveau im Saugheber [lpu] zu Überlauf führt, 3.4.3. nach diesem Saugheber-Überlauf aus jeder dieser t Proben-Kammern [kpa,kpb,kp...] das zum Mischen weiterzugebende Volumen [vh] 3.4.3.1. durch die Saughebewirkung ohne weiteres Zutun abgesaugt wird, 3.4.3.2. dabei auf ein t-tel des Probenkammervolumens [vp] dosiert wird und 3.4.3.3. in den logisch übergeordneten Knoten [kv] weitergegeben wird. 4. Vorrichtung 4.1. nach Anspruch 3. , dadurch gekennzeichnet, daß 4.2. aus dem Proben-Kammerhals [kh] ein Überflussschacht [su], der 4.2.1. in einer Überflusseingangsöffnung [sue] auf der dem Proben-Überlauf- Saugheber [lpu] zugewandten Seite beginnend, 4.2.2. den Proben-Kammerhals [kh] kreuzend, 4.2.3. dabei nicht enger als t mal Querschnitt der Proben-Eingangseitungen [lpa,lpb,lp...] werdend 4.3. einmündet in einen Überflussbehälter [ku], der 4.3.1. eine Druckausgleichsmöglichkeit besitzt, 4.4. die Überfluss-Eingangsöffnung [sue] des Überflussschachts [su] in einer solchen Höhe [hsu] angebracht ist, daß 4.4.1. beim mischenden Einbringen der t logisch untergeordneten Proben zwischen der Proben-Überlauf-Eingangsöffnung [lpue] und diesem Toleranz-Überfluss [sue] ein t-ter Teil der entstehenden Mischprobe stehenbleibt, 4.4.2. ein etwaiger überschüssiger Teil dagegen sofort und endgültig abfließt in die Überflusskammer [ku]. 5. Vorrichtung und Verfahren 5.1. nach Anspruch 3., dadurch gekennzeichnet, daß 5.2. die Vorrichtung dergestalt ist, daß 5.2.1. die Proben-Kammer [kp] jedes inneren Knotens [ki] gegenüber der des logisch untergeordneten Knotens [kn] um 180 Grad um die vertikale Mittenachse [ms] gedreht ist, 5.2.2. die Vorrichtung kippbar ist in zwei entgegengestzte Schräglagen [pes] und [pus], deren eine [pus] in die Proben-Überlaufflußrichtung zeigt, 5.2.3. jede Proben-Überlaufkuppe [lpuk] auf der der Probeneinfull-Kipprichtung [pes] jeweils abgewandten Seite [pus] angeordnet ist, 5.3. für das Verfahren gilt, daß 5.3.1. die Vorrichtung während des Einbringens der Proben einer Knotenebene gekippt ist in die der Proben-Überlaufkuppe [lpuk] abgewandte Einfull-Schräglage [pes], und zwar so daß 5.3.1.1. der in Einfullschräglage [pes] am höchsten liegende Punkt der Proben-Überlaufkuppe [lpuk] dadurch höher liegt als der maximale Mischprobenpegel [hpe] in gleicher Schräglage, 5.3.1.2. dadurch eine den nächsten Überlauf sperrende Höhendifferenz [hdpe] zwischen dem aktuell entstehenden Mischprobenpegel [hpe] und der Höhe der Überlaufkuppe [lpuk] erzielt wird und dadurch 5.3.1.3. die Probe nicht über diese Überlaufkuppe [lpuk] abfließen kann, 5.3.2. die Schräglage mehrmals um die Senkrechte alterniert zwischen [pes] und [pus] zum Füllen der jeweils nächsten Knotenebene, 5.3.3. aber erst, sobald in der aktuellen Ebene der Zulauf von allen Proben beendet ist, 5.3.4. jeweils in Überlaufschräglage [pus] 5.3.4.1. das Probenniveau [hpe] um eine Höhendifferenz [hdpu] zwischen [hpe] und [lpuk] höher zu liegen kommt als [lpuk], 5.3.4.2. dadurch der Probenüberlauf in die nächste Ebene eingeleitet wird, 5.3.5. durch das Alternieren zwischen [pes] und [pus] 5.3.5.1. die Misch Vorgänge Ebene für Ebene getaktet werden, d.h. die Mischvorgänge in allen Proben-Kammern der aktuellen Knotenebene gleichzeitig gestartet werden. 6. Verfahren und Proben-Kammer hierzu 6.1. nach Anspruch 5. , dadurch gekennzeichnet, daß 6.2. konstruktiv 6.2.1. die Probenrückhaltekammer [kr] an ihrer der Proben-Überl aufkuppe [lpuk] abgewandten Seitenwand eine solche Aufweitung [krp] hat, daß 6.2.1.1. das in Proben-Überlauf-Schräglage [pus] durch diese Schräglage abfließende Volumen [vh] um ein zusätzliches Volumen [vkrp] vergrößert wird, sodaß 6.2.1.2. nach Zurückkippen zumindest in die Senkrechte [ms] 6.2.1.3. das verbleibende Mischprobenvolumen etwas kleiner ist als das Probenrückhalte- Kammervolumen [vr] und sein Pegel nicht mehr die Höhe des Eingangs [lpue] der Proben- Überlaufleitung [lpu] erreicht und 6.2.1.4. dadurch ein für ein abdeckendes Öl [o] hinreichender Abstand [hdo] verbleibt, 6.2.1.5. wobei dieses Öl [o] ein geringeres spezifisches Gewicht hat als die Proben, 6.2.2. die Vorrichtung zusätzlich zwei Öl-Kammern [kol,ko2] besitzt, von denen jede 6.2.2.1. von der Proben-Kammer-Mittelsenkrechten [ms] seitlich so weit abgesetzt ist, daß sie durch Öl-Überlauf-Schräglage [wuo] auf ein höheres hydrostatisches Niveau [holu,ho2u] gehoben wird, 6.2.2.2. eine Schrägdecke [kod] aufweist, die 6.2.2.2.1. auch in Öleinleitschräglage [weo] noch zur Mittenachse [ms] der Probenkammer hin abfällt und 6.2.2.2.2. von ihrem in Öleinleit-Schräglage [weo] höchstgelegenem Eck aus einen Druckausgleich [ldo] besitzt und 6.2.2.2.3. an ihrem in Öl-Überlauf-Schräglage [wuo] tiefsten Punkt einen Öl-Saugheber ausgehen läßt, 6.2.3. die erste Öl-Kammer [kol] 6.2.3.1. über t Öl-Eingangsleitungen [loa,lob,lo...] mit je einer Öl-Ausgangsleitung [lo] aus einer von t hydrostatisch höher liegenden Probenkammern [kn] verbunden ist, 6.2.3.2. auf der der Proben-Überlaufkuppe [lpuk] entgegengesetzten Seite liegt, 6.2.3.3. sich beim Einleiten des Öls in einer Schräglage [weol] befindet, die richtungsmäßig der Probeneinleitschräglage [pes] entspricht, und 6.2.3.4. ausgangsseitig über einen ersten Ölsaugheber [sol] 6.2.3.5. mit der zweiten Öl-Kammer [ko2] verbunden ist, 6.2.4. die zweite Öl-Kammer [ko2] 6.2.4.1. sich beim Einleiten des Öls in einer Schräglage [weo2] befindet, die der Öleinleit- Schräglage [weol] der ersten Öl-Kammer [kol] entgegengesetzt ist, 6.2.4.2. groß genug ist, die Ölvolumina sowohl aus der ersten Öl-Kammer [kol] als auch aus dem beide Öl-Kammern verbindenden ersten Ölsaugheber [sol] aufzunehmen und 6.2.4.3. ausgangsseitig durch einen zweiten Ölsaugheber [so2] mit einem tieferliegenden Punkt [so2a] im Proben-Kammerhals [kh] verbunden ist, 6.2.5. jeder der beiden Öl-Saugheber [sol,so2] 6.2.5.1. die Mittelsenkrechte [ms] der Proben-Kammer überquert, 6.2.5.2. in Öleinlauf-Schräglage [weo] an mindestens einem Punkt [soke] höher liegt als das höchste auf ihn Druck ausübende Flüssigkeitsniveau, 6.2.5.3. in Öl-Überlauf-Schräglage [wuo] auf der gesamten Länge tiefer liegt als das höchste Ölniveau [hou] der betr. leerzusaugenden Öl-Kammer, 6.2.5.4. am tieferliegenden Ende der Schrägdecke [kod] steil nach oben durch diese hinausführt, 6.2.6. der erste Ölsaugheber [sol] 6.2.6.1. auch in der Proben-Überlauf-Schräglage des zweiten Öl-Saughebers an mindestens einem Punkt [solke] höher liegt als das höchste Niveau [ho2u] der zweiten Öl-Kammer [ko2] und dadurch einen Rückfluß in die erste Öl-Kammer [kol] verhindert, und 6.2.6.2. möglichst tief in die zweite Öl-Kammer [ko2] hineinragt und dadurch zum Schluß des durch ihn führenden Absaugens auch selbst nahezu vollständig entleert wird, was ein Zurücksaugen durch ihn während der nächsten entgegengesetzten Schräglage verhindert, 6.3. verfahrensmäßig 6.3.1. die erste Öl-Kammer [kol] 6.3.1.1. von den t hydrostatisch höherliegenden Probenkammern [kn] über deren jeweilige Öl- Ausgangsleitung [lo] und weiter über die Öl-Eingangsleitungen [loa,lob,lo...] ein für das Abdecken der Mischprobe vorgesehenes Öl [o] aufnimmt und 6.3.1.2. beim Einleiten des Öls in erste Öl-Kammer [kol] die Vorrichtung in einer der Proben-Überlauf-Schräglage [pus] entgegengesetzten Schräglage [weo] ist, 6.3.2. jede der beiden Öl-Kammern [kol ,ko2] nacheinander durch Kippen in eine der jeweiligen Öl-Einfüll-Schräglage [weo] entgegengesetzte Öl-Überlauf-Schräglage [wuo] 6.3.2.1. auf ein höheres hydrostatischen Niveau [hou] gehoben wird und 6.3.2.2. ihr Öl durch den Druck des im höchstgelegenen Öl-Kammereck [hoe] der Schrägdecke [kod] befindlichen Ölvolumens [voe] 6.3.2.3. durch den tiefer als [hoe] austretenden und dadurch teilweise gefüllten Öl-Saugheber [sol ,so2] überläuft und 6.3.2.4. die Öl-Kammer sich durch Saugheberwirkung entleert, 6.3.3. jeder der beiden Öl-Saugheber [sol ,so2] 6.3.3.1. in seiner Überlauf- Schräglage [wuo] am höchstgelegenen Punkt seiner Überlaufkuppe [soku] 6.3.3.2. wegen seines am tieferliegenden Ende der Schrägdecke [kod] liegenden, steil nach oben führenden Durchgangs sich schon in der Öleinleit-Schräglage [weo], in der die durch ihn abzusaugende Öl-Kammer noch abgesenkt ist, soweit mit Öl füllt, daß 6.3.3.2.1. das verhältnismäßig kleine, beim Kippen in die Öl-Überlauf-Schräglage [wuo] hinzukommende Ölvolumen [voe] im oberhalb der Öl-Überlaufkuppe gelegenen Eck [hoe] der höher liegenden Öl-Kammer ausreicht, den Öl-Überlauf einzuleiten, und 6.3.3.2.2. die Öl-Kammer sich über den Öl-Saugheber entleert, 6.3.4. die zweite Öl-Kammer [ko2] 6.3.4.1. durch Kippen der Vorrichtung in die auch für den Proben-Überlauf [pus] benötigte Schräglage [weol] 6.3.4.2. das Öl aus der ersten Öl-Kammer [kol] übernimmt und 6.3.4.3. während der Proben-Überlaufschräglage [pus] zwischenspeichert, 6.3.4.4. erst beim Zürückkippen mindestens in die Proben-Einleitposition [pes] das Öl in den leergesaugten [kh] Proben-Kammerhals abfließen läßt, wo 6.3.4.5. das Öl [o] die Oberfläche des verbleibenden, zur Testung bestimmten Probengemischs [pm] abdeckt und 6.3.4.6. den Eingang [lpue] der Proben-Überlaufleitung [lpu] verschließt und dadurch 6.3.4.7. Rückwärtskontaminationen von der logisch übergeordneten, möglicherweise positiven Mischprobe [pm] in [kv] her bzw. später von einer der logisch noch weiter übergeordneten Mischproben her verhindert, 6.4. stofflich 6.4.1. das spezifische Gewicht des Öls [o] geringer ist als das der Probe [pm], 6.4.2. anstelle von Öl [o] auch einer der folgenden Stoffe bzw. Stoffgemische verwendet werden kann: 6.4.2.1. ein bei Energiezufuhr verharzendes und dadurch sicherer abschließendes Öl-Harz- Gemisch, 6.4.2.2. ein bei Energiezufuhr aushärtendes Kunstharz, 6.4.2.3. eine bei Energiezufuhr Wachs ausfällende Emulsion, 6.4.2.4. eine Emulsion aus mindestens drei Komponenten, in die sie bei Energiezufuhr zerfällt, nämlich 6.4.2.4.1. einem erhärtenden Stoff [mu], der 6.4.2.4.1.1. ein spezifisches Gewicht hat, das relativ hoch, aber geringer ist als das der Probe und 6.4.2.4.1.2. der nach Probenüberlauf die Mischprobe in der Probenrückhaltekammer [kr] verschließt, 6.4.2.4.2. einem erhärtenden Stoff [mo], der 6.4.2.4.2.1. ein möglichst geringes spezifisches Gewicht hat und 6.4.2.4.2.2. nach Probenüberlauf zwecks sicheren mechanischen Schnitts [sk] den entleerten Proben-Kammerhals [kh] verschließt und 6.4.2.4.2.3. die Eingangsöffnung [lpue] der Proben-Überlaufleitung [lpu], also die Verbindung zur logisch übergeordneten, möglicherweise positiven Mischprobe [pm] in [kv], verschließt, 6.4.2.4.3. einem nicht erhärtenden Stoff [mm], der 6.4.2.4.3.1. ein spezifisches Gewicht hat, das zwischen dem der beiden erhärtenden Stoffe liegt, und 6.4.2.4.3.2. durch den hindurch der Schnitt [sk] gelegt werden kann zum Abpflücken der die zu testende Mischprobe [pm] enthaltenden Probenrückhaltekammer [kr], 6.4.2.5. eine sonstige, durch Energiezufuhr zumindest eine abdeckende Haut bildende Flüssigkeit oder Emulsion oder 6.4.2.6. eine sonstige abdeckende Flüssigkeit oder Emulsion, 6.5. die Energiezufuhr, wo nötig, in Abhängigkeit von der Probe und der Testmethode insbesondere sein kann: 6.5.1. Hitzezufuhr, 6.5.2. Hitzezufuhr und anschließendes Abkühlen, 6.5.3. ultraviolettes Licht, z.B. für Kustharze. 7. Spritze 7.1. zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2., dadurch gekennzeichnet, daß 7.2. die in einer Proben-Kammer befindliche Probe zwecks Präparation und / oder Amplifikation und / oder Testung 7.2.1. einzeln abgesaugt wird, wobei 7.2.2. der nötige Druckausgleich in einem geschlossenem System erfolgt, 7.3. zum Einleiten bzw. zum Absaugen eine spezielle Doppel-Spritze [ks] dient, die versehen ist mit 7.3.1. einem Spritzenkolben [ksk], 7.3.2. einem wie herkömmlich vor dem Spritzenkolben [ksk] liegenden Hohlraum [vksu], 7.3.3. einem weiteren Hohlraum [vkso], der 7.3.3.1. hinter dem Spritzenkolben [ksk] liegt und 7.3.3.2. auch am hinteren Ende [ksh] der Spritze geschlossenen ist, und 7.3.4. einer Gabel [ksg], 7.3.5. die zwei Kanülen [ksnu,ksno] trägt, die 7.3.5.1. beide im gleichen Drehsinn, aber in unterschiedlichen Höhen in den von der Gabel [ksg] umfaßten Zwischenraum ragen, wobei 7.3.5.1.1. [ksnu] durch eine Leitung [lksu] mit [vksu] verbunden ist, 7.3.5.1.2. [ksno] durch eine Leitung [lkso] mit [vkso] verbunden ist, 7.3.5.2. zwischen sich eine zur Aufnahme einer Probenrückhaltekammer [kr] und eines Probenkammerhalses [kh] ausreichende lichte Weite [dksg] freilassen, 7.3.5.3. entlang der Mittenhalbierenden [ksgm] der Gabel [ksg] über eine Probenrückhaltekammer [kr] und einen Probenkammerhals [kh] geschoben und 7.3.5.4. mit einer Drehbewegung [kss] um den Spritzengabel-Drehpunkt [ksd] in zwei unterschiedlichen Höhen eingestochen werden und 7.3.5.5. deren weiter unten eingestochene Kanüle [ksnu] dadurch in [kr] hineinragt, 7.3.5.5.1. um die Mischprobe aus [kr] abzusaugen oder 7.3.5.5.2. zwecks Einbringens von Reagenzien, 7.3.5.6. deren weiter oben eingestochene Kanüle [ksno] dagegen in [kh] hineinragt und 7.3.5.6.1. während des Einbringens oder Absaugens für Druckausgleich sorgt. 8. Probenkammer 8.1. nach Anspruch 6., dadurch gekennzeichnet, daß 8.2. das in Anspruch 6. definierte System aus Saughebern und puffernden Kammern doppelt eingebaut wird, nämlich 8.2.1. zum einen für Öl wie in Anspruch 6. beschrieben, 8.2.1.1. aber mit einer zusätzlichen dritten Öl-Kammer [ko3] 8.2.2. zum anderen für Reagenzien, die 8.2.2.1. analog dem Öl aus Anspruch 6. an die hydrostatisch tiefer liegenden Probenkammern getaktet weitergegeben werden, 8.2.2.2. allerdings i.d.R. um eine Schräglage früher als das Öl, 8.2.2.3. die in die Leitungen bei den Einzelproben in den Blattknoten eingefüllt werden, 8.3. der Öl-Saugheber [so2] aus der zweiten Öl-Kammer [ko2] nicht direkt in das untere Ende des Probenkammerhalses [kh] mündet, sondern über einen Ausgang [so2x] in die dritte Öl- Kammer [ko3], die 8.3.1. das Öl um einer weiteren Schräglage zwischenpuffert, während 8.3.2. statt des Öls nun die Reagenzien in dieser Schräglage 8.3.2.1. aus der zweiten Reagenzien-Kammer 8.3.2.2. in die in der Probenrückhaltekammer [kr] verbliebene Mischprobe fließen, 8.4. erst in der nächsten Schräglage das Öl aus [ko3] 8.4.1. über einen weiteren Öl-Saugheber [so3] 8.4.2. beim Saugheberausgang [so3a] 8.4.3. auf die verbliebene, nun mit Reagenzien angereicherte Mischprobe fließt und danach 8.4.4. die Oberfläche des verbleibenden, zur Testung bestimmten Probengemischs [pm] abdeckt und 8.4.5. den Eingang [lpue] der Proben-Überlaufleitung [lpu] verschließt. 9. Vorrichtung 9.1. nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß 9.2. die Durchmischung der Probe in der Proben-Kammer [kp], insbesondere auch in der kurzen Zeitspanne bis zum Erreichen des Überlaufniveaus [lpuk], durch einen oder mehrere magnetisch anziehbare Gegenstände [km] unterstützt wird, die 9.2.1. sich in der Proben-Kammer [kp], also ggf. im Probenkammerhals [kh] und / oder in der Proberückhaltekammer [kr], befinden, 9.2.2. durch ein externes, wanderndes Magnetfeld 9.2.3. in der Probe [pm] bewegt werden. 10. Vorrichtung und Verfahren 10.1. nach Anspruch 6., dadurch gekennzeichnet, daß 10.2. zur Minimierung der Kreuzkontaminationsgefahr das Mischen der t Proben erst nach Verschließen sämtlicher Leitungen und Verbindungen zwischen den Teilproben erfolgt. Dabei gilt: 10.3. Statt einer t Teilproben sofort mischenden Probenkammer nehmen t Probenkammern die t Proben über die Eingangsleitungen lp(a|b|...) auf, 10.4. zusätzlich liegt eine die t Proben aufnehmende Mischkammer [khm] hinter den t Probenüberlaufskuppen [lpuk(a|b|...)], 10.5. jede der t Probenüberlaufsleitungen [lpu(a|b|...)] mündet in diese Mischkammer [khm], 10.6. jede der t Probenkammernhälse [kh(a|b|...)] gibt eine Probe an die Mischkammer [khm] ab, 10.7. die Mischprobenausgangsleitung [lp(a+b+...)] bietet die Mischprobe an wie schon nach Anspruch 6. (dort einfach als [lp] bezeichnet), 10.8. statt aller t Öl-Eingangsleitungen [loa,lob,lo...] nach Anspruch 6. mündet nur eine der t Öl-Eingangsleitungen [lo(a|b|...)] in die erste Ölkammer [kol], 10.9. ein Druckausgleichs-Volumen kommt jeweils durch eine der Druckausgleichsleitungen [ldo(a|b|...)] aus der logisch übergeordneten Probenkammer [kv] zurück und 10.10. wird auf t möglichst flach liegende, vorzugsweise Schlaufen- oder spiralförmige Druckausgleichsleitungen [ldo(a|b|...)] geführt, 10.1 1. jede Druckausgleichsleitung [ldo(a|b|...)] ist nahe ihren Eingangs mit einem hinreichend großen Öltropfen [od(a|b|...)] abgedichtet, 10.12. jede Druckausgleichsleitung [ldo(a|b|...)] liegt auf einem niedrigeren hydrostatischen Niveau als die Probenüberlaufkuppe [lpuk(a|b|...)] in Überlaufschräglage [pus], 10.13. der Überdruck durch Probenüberlauf drückt die t abdichtenden Öltropfen [od(a|b|...)] so weit in die t Leitungen [ldo(a|b|...)] in Richtung [ld(a|b| ...)]5 bis der Druck ausgeglichen ist, 10.14. das Volumen jedes der Öltropfen [od(a|b|...)] ist groß genug, dass Ölverluste auf dem Weg durch die Druckausgleichsleitung [ldo(a|b|...)] nicht zu einem Abreißen der Abdichtwirkung führen. 10.15. Das kreuzkontaminationsbegünstigende Mischen der t Proben aus den t Kammerhälsen [kh(a|b|...)] in [khm] erfolgt also erst nach Probenüberlauf aus den t Probenkammerhälsen [kh(a|b|...)] über deren Probenüberlaufskuppe [lpuk(a|b|...)] und erst wenn der Probenüberlaufs-Leitungseingang [lpue(a|b|...)] abgedeckt ist. 1 1. Vorrichtung 1 1.1. nach Anspruch 1. oder 6., dadurch gekennzeichnet, daß 11.2. die Vorrichtung 1 1.2.1. statt flüssiger gasförmige Proben aufnimmt und 1 1.2.2. im Falle des Anspruchs 6. statt verschließendem oder abdeckendem Öl ein verschließendes bzw. abdeckendes Gas verwendet wird, 1 1.2.3. bei gasförmigen Proben, deren spezifisches Gewicht größer ist als das des Mediums, das die Vorrichtung umgibt, 1 1.2.3.1. das im Falle des Anspruchs 6. verschließende bzw. abdeckende Gas ein kleineres spezifisches Gewicht hat als die gasartige Probe, 1 1.2.4. bei gasförmigen Proben, deren spezifisches Gewicht kleiner ist als das des Mediums, das die Vorrichtung umgibt, 1 1.2.4.1. die Vorrichtung um 180 Grad um die horizontale Achse gekippt ist, wobei 1 1.2.4.2. in allen Beschreibungen„oben" und„unten" vertauscht werden, 1 1.2.4.3. das im Falle des Anspruchs 6. verschließende bzw. abdeckende Gas ein größeres spezifisches Gewicht hat als die gasartige Probe. 12. Vorrichtung und Verfahren 12.1. nach Anspruch 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, daß 12.2. das System in Mikrofluidik-Technik realisiert ist. |
Beschreibung
Stand der Technik mit Fundstellen:
[01] Aus der Informatik ist bekannt, daß das vertikale Durchsuchen eines binären oder t-ären Baumes von der Wurzel zu einem Blattknoten nur logarithmischen Aufwand erfordert. (Horst Wettstein: "Systemprogrammierung", Wien 1980, S. 278 ff).
[02] Des weiteren ist seit Heron von Alexandria die Möglichkeit bekannt, durch U-fÖrmige Saugheber, deren Ausgangsöffnung tiefer liegt als deren Überlaufniveau, Flüssigkeiten nach Überlauf durch den Saugheber selbsttätig in ein tieferliegendes Gefäß soweit absaugen zu lassen, bis die Ansaugöffnung nicht mehr in die Flüssigkeit eintaucht oder das
Flüssigkeitsniveau unter die Höhe der Auslaßöffnung gefallen ist. (Wilhelm Schmidt (Hrg.): „HERONIS ALEXANDRINI OPERA QVAE SUPERSUNT OMNIA, Vol. 1 :
PNEVMATICA ET AVTOMATA", Leipzig 1899)
[03] Des weiteren erlaubt für viele Anwendungsbereiche PCR (polymerase chain reaction) Amplifikation der in Proben gesuchten DNA um den Faktor 34 Milliarden (2 hoch 35 bei 35 Verstärkungs-Zyklen) in anderthalb Stunden (Michael A. Innis and David H. Gelfand:
"Optimization of PCRs", in "PCR Protocols, A Guide to Methods and Applications", San Diego 1990).
[04] Des weiteren ist die Anwendung des logarithmischen Aufwand erzielenden
Halbierungssuchens auf Mischproben bei PCR- Tests bekannt:„Durch die Empfindlichkeit der PCR-Tests ist es möglich, Proben in sogenannten Pools (z. B. 96 Einzelproben)
zusammenzufassen. Wird ein Pool positiv getestet, wird seine Größe solange verkleinert (meistens halbiert), bis die verursachende Probe gefunden ist"
(http://de.wikipedia.org/wiki/Polymerase-Kettenreaktion, abgerufen am 2013-1 1-05).
Kritik des Standes der Technik:
[05] Bisherige Testverfahren arbeiten oft sequentiell und dadurch mit linearem Aufwand.
[06] Bisherige Suchtests (Screenings) arbeiten häufig mit kostengünstigen, wenig sensitiven Testmethoden, sodaß ein entsprechend höheres Restrisiko für falsch-negative Testergebnisse hingenommen werden muß. [07] Bisher häufig eingesetzte Antikörpertests können erst nach der Ausbildung von Antikörpern, also einer langen Latenzzeit, angewandt werden.
[08] Durch Amplifikation hochsensitive Tests wie PCR bleiben aus Kostengründen bisher eher speziellen Einzelfällen vorbehalten.
[09] Beim üblichen, auch automatisierten, Pipettieren sind Ärosolbildung, Luftwirbel und somit häufig Kreuzkontaminationen schwer vermeidbar. Insbesondere PCR ist wegen der starken Amplifikation aber sehr anfällig für Kreuzkontaminationen, die für falsch-positive Testergebnisse stark verantwortlich sind.
Aufgabe:
[10] Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen logarithmischen Aufwand auch bei großen Reihentestungen mit wenigen positiven Proben zu erreichen unter Berücksichtigung größtmöglicher Sensivität und Spezifität. Dabei ist der Minimierung des Handling- Aufwands und der Kreuzkontaminationsgefahr besonders Rechnung zu tragen, insbesondere bei Anwendung von Amplifikation. Spätere Automatisierungsmöglichkeiten sollen schon beim Entwurf der Grundversion berücksichtigt werden.
[1 1] Die prinzipielle Möglichkeit, den durch Bildung von Mischproben entstehenden Verlust an Sensitivität durch Amplifikation wieder auszugleichen und so billigere, aber nicht so sensitive Tests durch wenige, teurere, sichere, amplifizierende Tests zu ersetzen, soll mithilfe der Erfindung mit vertretbarem Aufwand nutzbar werden, wo die Test-Methode dies zuläßt.
[12] Die Sicherheit des Verfahrens soll auch bei Funktionsstörungen, insbesondere in großen Reihentests, so weit gewährleistbar sein, daß das Verfahren keine falsch-negativen Testergebnisse liefert.
[13] Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll auch als preisgünstiges Einweg-Spritzgussteil produziert werden können.
[14] Der Aufwand für teure Handhabungs- Apparaturen soll durch ein simples Verfahren ersetzt werden.
Bezugszeichenliste:
[15] Die Bezugszeichen aus folgender Liste werden einheitlich für alle Figuren, Texte und Formeln verwendet. Die zu den ersten 2 der t Proben gehörigen Elemente enden jeweils auf a oder b. Die Notation n(a|b|...) steht für na oder aber nb oder aber n..., wobei ... fuer t > 2 relevant ist.
+ positiv getestete Probe
- negativ getestete Probe
implizit negative Probe
bt Teilbaum, allgemein
dksg lichte Weite der Gabel einer Spritze
H theoretische Höhe des Gesamt-Testbaumes / der Vorrichtungen-Kaskade h Höhe des Baumes einer einzigen Vorrichtung (h=l in der Wurzel) hdo lichte Höhe für abdeckendes Öl
hdpe den Proben-Überlauf sperrende Höhendifferenz
hdpu den Proben-Überlauf einleitende Höhendifferenz
hydrostatisches Niveau der ersten Öl-Kammer während ihrer holu Überlaufschräglage; höchstes Ölniveau innerhalb der Öl-Kammer
hydrostatisches Niveau der zweiten Öl-Kammer während ihrer ho2u Überlaufschräglage; höchstes Ölniveau innerhalb der Öl-Kammer hoe höchstgelegenes Öl-Kammereck
hou höchstes Ölniveau der leerzusaugenden Öl-Kammer
hpe maximaler Mischprobenpegel in Einfüllschräglage
hpu Probenpegel in Überlaufschräglage
hsu Überlaufhöhe im Überflußschacht
kb Blattnoten (Einzelprobe) einer Vorrichtung
kba,kbb,kb... Blattnoten (Einzelproben) a, b und ...
kh Proben-Kammerhals
khm die t Proben aus kh(a|b ...) mischende Kammer
kh(a|b|...) Proben-Kammerhals für Probe a, b bzw. ...
ki innerer Knoten mit Mischprobe pm
km Kugel zum Mischen der Probe
kn logisch untergeordneter, physisch höherliegender NachfolgerKnoten kol erste Öl-Kammer, zum Aufnehmen des Öls
zweite Öl-Kammer, zum Zwischenspeichern um eine Schräglage ko2 (Taktung)
kod Schrägdecke kold oder ko2d einer Öl-Kammer
kp Proben-Kammer
kpa,kpb,kp... Proben-Kammern a, b und ...
kr Probenrückhaltekammer für zu testende Mischprobe
Aufweitung der Probenrückhaltekammer an seiner der Proben- krp Überlaufkuppe abgewandten Seitenwand
ks Spritze als Kammer
ksg Gabel an der Spritze zur Aufnahme von zwei Nadeln
ksh hinteres Ende der Spritze
ksk Spritzenkolben
ksno In das obere Kammervolumen ragende Nadel für Druckausgleich ksnu In das untere Kammervolumen ragende Nadel zum Einbringen oder Entnehmen von Proben oder Reagenzien
kss Drehbewegung zum Einstechen der Nadeln
ku Überflußbehälter
kv logisch übergeordneter, physisch tieferliegender Vorgängerknoten
Druckausgleichsleitung der Probenkammer a oder aber b oder aber ... zur ld(a|b|...) logisch untergeordneten Probenkammer
Druckausgleichsleitung der Probenkammer zu den logisch
lda,ldb,ld... untergeordneten Probenkammern a, b und ...
ldo Ölkammer-Druckausgleich
ldo(a|b|...) Ölkammer-Druckausgleich für Probe a oder aber b oder aber ...
lkso Leitung zwischen oberer Nadel und Spritzenkammer
lksu Leitung zwischen unterer Nadel und Spritzenkammer
lo Ölausgangsleitung zum logisch übergeordneten Knoten hin
Öleingangsleitung von der untergeordneten Probe a oder aber b oder aber lo(a|b|...) ... in die erste der beiden Ölkammern hinein
Öleingangsleitungen von den untergeordneten Proben a, b und ... in die loa,lob,lo... erste der beiden Ölkammern hinein
lp Probenausgangsleitung
lp(a|b|...) Probeneingangsleitung der Probe a bzw. b bzw. ...
lp(a+b+...) Probenausgangsleitung mit Mischung aus Probe a UND b UND ...
lpa,lpb,lp... Probeneingangsleitungen
lpu Proben-Überlaufleitung
lpu(a|b|...) Überlaufleitung der Probe a, b bzw. ...
lpue Eingangsöffnung zu einer Proben-Überlaufleitung hin
lpue(a|b|...) Eingangsöffnung zur Überlaufleitung der Pobe a, b bzw. ... hin lpuk höchste Kuppe der Proben-Überlaufleitung
lpuk(a|b|...) höchste Kuppe der Überlaufleitung für Probe a, b bzw. ...
Anzahl der in eine einzige Vorrichtung einbringbaren Einzelproben, also m Anzahl Blattknoten, also t**h
mm mittelschwerer schwebender Stoff
mo leichtester schwebender Stoff
ms Senkrechte Mittenachse einer Proben-Kammer in Ruhestellung mu schwerster schwebender Stoff
Gesamtzahl der auf die Vorrichtungen einer Gesamt- Vorrichtung zu
N verteilenden Einzelproben
o abdeckendes Öl
die Druckausgleichsleitung von kv a oder aber b oder aber ... her od(a|b|...) abdichtendes Öl
P in Formeln: Positiv-Rate in Prozent von N
pO neutrale Pseudoprobe
pa,pb,p... Proben a, b und ...
pe Einzelprobe
pe+ positiv getestete Einzelprobe in einer Vorrichtungen-Kaskade
pes Probeneinfüll-Schräglage der Proben-Kammer
pm Mischprobe PP prognostizierte Positiv-Rate, in Prozent von N
pus Proben-Überlauf-Schräglage der Proben-Kammer
sk Schnittfläche durch die Proben-Kammer
sol Ölsaugheber aus der ersten Ölkammer heraus
sola Ausgangsöffnung des Öl-Saughebers von Ölkammer 1 zu Ölkammer 2 sole Ansaugöffnung des Öl-Saughebers aus der 1. Öl-Kammer
höchste Kuppe des Öl-Saughebers aus der 1. Öl-Kammer während deren solke Einfüllschräglage
höchste Kuppe des Öl-Saughebers aus der 1. Öl-Kammer während deren sol ku Überlaufschräglage
so 2 Ölsaugheber aus der zweiten Ölkammer heraus
so2a Ausgangsöffnung eines Öl-Saughebers von Ölkammer 2 zu kh und kr hin so2e Ansaugöffnung des Öl-Saughebers aus der 2. Öl-Kammer
höchste Kuppe des Öl-Saughebers aus der 2. Öl-Kammer während deren so2ke Einfüllschräglage
höchste Kuppe des Öl-Saughebers aus der 2. Öl-Kammer während deren so2ku Überlaufschräglage
Ausgangsöffnung eines Öl-Saughebers von Ölkammer 2 zu Ölkammer 3 so2x hin
soke höherliegendes Öl-Saugheber-Niveau
höchstgelegener Punkt einer Überlaufkuppe eines Öl-Saughebers in soku Überl auf- S chrägl age
su Überflussschacht bzw. Überflussleitung
sue Eingangsöffnung des Überflussschachts bzw. der Überflussleitung
T Anzahl der zur Aufnahme der N Proben nötigen Vorrichtungen t Anzahl direkter Nachfolgerknoten pro Knoten
vb eine äußerste, Blattknoten (Einzelproben) tragende Vorrichtung vba,vbb,vb... äußerste, Blattknoten (Einzelproben) tragende Vorrichtung a, b oder ... vh Volumen im Proben-Kammerhals
vk Vorrichtungen-Kaskade
vkrp Volumen der Aufweitung krp der Probenrückhaltekammer
hinter dem Spritzenkolben liegender, mit kh verbundener Hohlraum für vkso Druckausgleich
vor dem Spritzenkolben liegender, mit kr verbundener Hohlraum für vksu Probenentnahme und/oder Reagenzienzufuhr
vo logisch übergeordnete Vorrichtung bzw. Baum
Volumen im höchstgelegenen Öl-Kammereck der Schrägdecke oberhalb voe des Niveaus der Öl-Überlaufkuppe in deren Überlaufschräglage
Übergang von der übergeordneten Vorrichtung vo zu einer
vovu untergeordneten Vorrichtung vu...
vp Probenvolumen
vr Volumen der Probenrückhaltekammer
zu den Blattknoten hin gelegene (äußere), logisch untergeordnete vua,vub,vu... Vorrichtung a, b bzw. ...
wba,wbb,wb... Wurzel der äußersten, Blattknoten (Einzelproben) tragenden Vorrichtung a, b bzw. ...
wb...+ positive Einzelproben tragende wb
weo Öleinleitschräglage
weol Öleinleitschräglage der ersten Öl-Kammer
weo2 Öleinleitschräglage der zweiten Öl-Kammer
wg Wurzel der Gesamtvorrichtung, ggf. incl. Kaskade
Wurzel der zu den Blattknoten hin gelegenen (äußeren), logisch wua,wub,wu... untergeordneten Vorrichtung a, b bzw. ...
wuo Überlaufschräglage einer Öl-Kammer
wv Wurzel einer Vorrichtung
Lösung:
[16] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das bei Reihentestung flüssiger oder gasförmiger Proben, von denen nur ein geringer Anteil als positiv erwartet wird, mit von der Erfindung unabhängigen und bevorzugt amplifizierenden Testmethoden den nötigen
Testaufwand auf eine logarithmische Größenordnung verringert, weitgehend selbsttätig und gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwecks geringerer Fehlerfortpflanzung im Mischverhältnis getaktet arbeitet, und
eine der Anwendung dieses Verfahrens dienende Vorrichtung mit baumartig verbundenen Proben-Kammern, die gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung mit Saughebern und getaktet realisiert werden und / oder deren Proben und verbindenden Leitungen mit abdeckendem Öl o.ä. weitgehend selbsttätig abgeschlossen werden können, um insbesondere bei amplifizierenden Testmethoden wie z.B. PCR störenden Kreuzkontaminationen
vorzubeugen und eine möglichst gleichmäßige Mischung zu erzielen.
[17] Über die Proben wird logisch eine Baumordnung (idealerweise ein voller Baum) errichtet.
[18] Die kostspieligen Tests und ggf. Amplifikationen beschränken sich auf die Wurzel der Vorrichtung plus die Proben in Testzweigen, in denen positive Proben lagen.
[19] Die restlichen Proben werden nicht getestet, sondern nur dosiert und gemischt.
[20] Parallel dazu kann ein die Proben abdeckendes Öl und bei Bedarf Reagenzien getaktet aufgebracht werden durch mehrmaliges Kippen in abwechselnde Schräglagen der Vorrichtung.
[21] Falls die Proben weitergäbe in mindestens einer Probenkammer ausfallt, bleibt dies nicht unbemerkt, da dann auch in der Wurzel der gesamten Vorrichtung keine Mischprobe ankommt. [22] Fig. 1. zeigt einen typischen, baumartigen Aufbau einer Vorrichtung mit mehreren, miteinander verbundenen Probenkammern. Von den Blattknoten [kb] her wird zur Wurzel [wv] hin pro Knoten [kp] der Sammelstatus aus den t ihm logisch untergeordneten [kn] Knoten gebildet, um Ausschluß von negativen Teilbäumen [bt] statt Einzelproben [kb] zu ermöglichen und dadurch logarithmischen Aufwand zu erreichen. Die Wurzel [wv] ist der allen Knoten logisch übergeordnete Knoten, alle anderen Knoten sind seine Nachfolgerknoten [kn] bis hin zu den Blattknoten [kb]. Physisch werden die die Knoten verbindenden Kanten durch Leitungen bzw. nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch Saugheber realisiert und entsprechen die Einzelproben den Blattknoten und sind diese Blattknoten oben und die Wurzel unten angeordnet wie bei natürlichen Bäumen und entgegen der in der Informatik meist üblichen Baumdarstellung.
[23] Fig. 8 zeigt den Prinzipaufbau einer Proben-Kammer mit Proben-Überlauf gemäß Anspruch 1., hier in einer 3-ären (t = 3) Vorrichtung, wie sie in Fig. 9 für 3 hydrostatisch höherliegende Probenkammern gezeigt wird. Etwa ein t-tel [vh] des entstehenden
Mischprobenvolumens [vp] fließt - hier noch ohne feinere Dosierung - sofort über [lpue], [lpu] und [lp] weiter zur logisch übergeordneten Probenkammer. In der
Probenrückhaltekammer [kr] verbleibt eine Mischprobe des Volumens [vr]=((t-l)/t) des Probengesamtvolumens [vp].
[24] Fig. 7 zeigt den zugehörigen Prinzipaufbau einer Vorrichtung mit Proben-Überlauf gemäß Anspruch 1. in 3-ärer Ausführung. Über Proben-Überlaufleitungen [lpa,lpb,lp...] werden alle Proben von den Einzelproben [kpa,kpb,kp...] in den Blattknoten [kba,kbb,kb...] her in Richtung Wurzel [wv] der Vorrichtung rekursiv gemischt. Die gezeigten Öl-Leitungen [lo...] sind optional und fallen erst im Zusammenhang mit Fig. 10. an. Die gezeigten
Druckausgleichs-Leitungen [ld...] sind optional, wenn andere Druckausgleichsmöglichkeiten vorgesehen werden, im einfachsten Fall z.B. Öffnungen zum die Vorrichtung umgebenden Raum hin. Sie sollen ggf. die Anfälligkeit für Kreuzkontamination verringern.
[25] Die grundlegende Mindest-Reihenfolge des Verfahrens ist:
• von den Blattknoten (Einzelproben) [pe] bis in die Wurzel [wv]:
o Mischen von je t zu testenden Proben (Einzelproben [pe] oder Mischproben [pm]) oder negativen Dummyproben [pO] aus deren t Proben-Kammern [kn] zu einer Mischprobe [pm] in einem Knoten [kv] der logisch nächstübergeordneten Ebene, o je nach Testart: Amplifikation als Kompensation der mit dem Mischen verbundenen Verdünnung,
• von der Wurzel her in Richtung Blattknoten durch alle Knoten mit nicht implizit
negativen Proben, jeweils rekursiv bis ein Blattknoten (Einzelprobe) [pe] erreicht ist: o Testen der Probe.
[26] Dabei bedeutet
• positiv: Probe in diesem Knoten wurde getestet und dabei positiv gefunden, in Fig. 1 mit„+" dargestellt,
• negativ:
o Probe in diesem Knoten wurde explizit getestet und dabei negativ gefunden, , in Fig. 1 mit„-" dargestellt, oder
o der Sammelstatus einer Probe in einem der Vorgängerknoten (logisch übergeordneten Knoten) ist negativ, all dessen Nachfolgerknoten sind also implizit negativ, in Fig. 1 mit„~" dargestellt,
• zu testen: weder explizit noch implizit als negativ bekannt.
[27] Weitere Zwischenschritte können nötig sein:
• Amplifikation bedingt i.d.R. vorheriges Verschließen der Rückwege zwecks
Vermeidung von Kreuzkontaminationen,
• Amplifikation bedingt i.d.R. vorherige Präparation, z.B. DNA-Extraktion bei PCR (jede nur zur Testung erforderliche Präparation dagegen ist implizit und damit proportional im Testaufwand enthalten),
• Amplifikation kann nochmalige Sterilisation (z.B. durch UV-Licht) vor Einbringen der Einzelproben nötig machen.
[28] Bei einer Vorrichtung nach Anspruch 1. ohne Taktung pflanzt sich eine
bautoleranzbedingte Einfüllverzögerung bis zur Wurzel [wv] fort mit der Auswirkung, daß rekursiv in jeder Mischprobe [ki], in der die Mischprobe eines Zweiges sowieso
unterrepräsentiert eingeht, dieser durch nochmalige Verzögerung noch unterrepräsentierter weitergegeben wird, sodaß auch der Fehler im Mischverhältnis und damit die Gefahr des Unterschreitens eines für die sichere Testung mindestens nötigen Einzelvolumen-Anteils bis zur Wurzel immer größer wird. Durch Taktung der Mischvorgänge nach Anspruch 5. wird dieser Fehler verringert. [29] Damit jede Probe annähernd gleich stark in den hierarchisch zu testenden Mischproben vorkommt, wird eine möglichst genaue 1/t-Dosierung angestrebt. Diese 1/t-Dosierung ist um so genauer, wo gilt:
• Mischproben [pm] werden mit Hilfe von Saughebern dosiert, bei denen mindestens eine Öffnung möglichst weit von der Mittenachse [ms] entfernt liegt und die über alternierende Schräglagen [pes] und [pus] der Probenkammern getaktet werden.
• Dabei muss den Proben genügend Zeit bis zum nächsten Überlauf gelassen werden, um in [kv] vollständig einzulaufen und in [kn] vollständig auszulaufen.
• In Probenüberlaufposition [pus] ist der Niveauunterschied [hdpu] zwischen [hpu] und [lpuk] möglichst groß, unterstützt durch die alternierenden Schräglagen.
• Die Fläche am Übergang zwischen Probenkammerhals [kh] und
Probenrückhaltekammer [kr] ist möglichst klein.
• Ein bautoleranzbedingter, überschüssiger Probenanteil oberhalb [sue] fließt über einen Probenüberfluss-Schacht [su] gem. Fig. 14 in die Probenüberfluss-Kammer [ku] ab.
• Der Probenüberflusseingang [sue] ist dafür gerade so breit, dass der
(probenmaterialbedingt und bautoleranzbedingt unterschiedlich hohe) überschüssige Probenanteil ungehindert abfließen kann.
• Für alle Flüssigkeitsbewegungen existiert Druckausgleich.
[30] Durch Einsatz von Proben-Saughebern nach Fig. 3 wird Folgendes erreicht:
• In Einfüllschräglage [pes] verhindert die Höhendifferenz zwischen [lpuk] und [lpue] ein ungetaktetes, vorzeitiges Abfließen der Probe aus dem Probenkammerhals [kh].
• Dabei reicht eine um so kleinere Schräglage [pes] aus, je weiter das aktuell höher liegende Niveau (hier [lpuk]) von der Mittenachse [ms] entfernt liegt.
• Zwecks Überlaufs braucht die Probenhöhe [hpu] nur kurzzeitig höher liegen als die Probenüberlaufkuppe [lpuk] des Saughebers, danach genügt die Niveaudifferenz zwischen [lpue] in [kn] und [lpa, lpb bzw. lp...] in [kv] für den vollständigen Überlauf nach [kv].
• Die Dosiergenauigkeit wird zusätzlich erhöht.
[31] Durch Einsatz von abdeckendem Öl und Öl-Saughebern nach Fig. 10 wird Folgendes erreicht: • Öl-Kammer [ko2] lässt leichteres Öl bei [so2a] von oben auf den zurückgebliebenen Mischprobenteil in der Probenrückhaltekammer [kr] abfließen.
• Dadurch deckt das Öl die Probenrückhaltekammer [kr] ab und verschliesst ausserdem den Eingang [lpue] der Probenüberlaufleitung [lpu], die zur nächsten mischenden Probenkammer in [kv] führt und dadurch Kreuzkontamination begünstigen würde.
• Die Probenkammern werden in der Höhe kompakter, da das Öl-Niveau in [solku] nur kurzzeitig höher liegen muss als das in [ko2], danach genügt die Öl-Niveaudifferenz zwischen [ko2] und [kol] für den vollständigen Öl-Überlauf nach [ko2], wobei [ko2] und [kol] möglichst weit von der Mittenachse [ms] entfernt liegen sollten.
• Durch Zwischenschalten einer ersten Öl-Kammer [kol ] wird das Öl um eine
Schräglage verzögert weitergegeben, also erst nach Probenüberlauf aus dem
Probenkammerhals [kh] über [lpuk].
[32] In einer Kreuzkontamination möglichst sicher vorbeugenden, in sich geschlossenen Vorrichtung gilt:
• Der Druck sollte über dafür vorbehaltene Leitungen [lda,ldb,ld...] in Fig. 4 oder besser ld(a|b|...) in Fig. 5 in Richtung Einzelproben ausgeglichen werden.
• Anders als in Fig. 4 sollten die Druckausgleichsleitungen [lda,ldb,ld...] möglichst keine direkte Verbindung zu einer gemeinsamen, mischenden Probenkammer haben, da sonst über diese die Gefahr von Kreuzkontamination droht. Statt die t Proben gleich in [kr] und [kh] zu mischen, fließt deshalb in Fig. 5 z.B. die Probe aus [lp(a)] in einen [kh(a)] der t separaten Kammerhälse [kh(a|b|...)], dessen Druckausgleich [ld(a)] keine Verbindung zu Elementen der anderen t-1 Probenkammern hat.
[33] Falls die Anzahl der Einzelproben [kb] kleiner als t hoch h-1 ist (nicht- voller Baum), können die fehlenden Einzelproben durch neutrale Pseudoproben [pO] ersetzt werden, um den Überlauf einzuleiten. Im Rahmen dieser Erfindung wird h ab 1 gezaehlt.
[34] Da mit steigendem h auch die Verdünnung der Proben exponentiell, nämlich pro Höhenstufe um den Faktor t, steigt, ist die Anzahl m der in eine einzige Vorrichtung einbringbaren Einzelproben in der Praxis beschränkt, kann aber bei geeigneter Probenart durch Amplifikation (z.B. PCR oder Kultur) erhöht werden.
[35] Ob von vornherein alle Baumknoten oder nur bei Bedarf die innerhalb der testpositiven Pfade liegenden mit Testreagenzien etc. beschickt werden, kann u.a. nach dem Arbeitsaufwand, dem Automatisierungsgrad, den Materialkosten, dem Spül- und Sterilisier- und / oder Entsorgungs-Aufwand und den Kreuzkontaminations-Erfahrungen optimiert werden.
[36] Fig. 14 zeigt eine Probenkammer mit einem horizontal verlaufenden Überfluss-Schacht [su] nach Anspruch 4., durch den überschüssige Probenanteile aus dem Probenkammerhals [kh] in eine Überfluss-Kammer [ku] abfließen. Der Schacht ist hierfür geeigneter als ein Überfluss-Saugheber, da ein Saugheber einen ununterbrochenen Fluss voraussetzen würde, der bei Probeneinlauf aus mehreren Leitungen [lpa,lpb,lp...] nicht sichergestellt wäre. In
Probeneinlaufschräglage [pes] ist die Probenüberlaufkuppe [lpuk] auf einem höheren hydrostatischen Niveau als das Niveau [hpe] der eingelaufenen Probe, deren Differenz [hdp] verhindert also einen Probenüberlauf über [lpuk]. Überschüssige Probenmengen fließen also aus der Probenkammer [kp] über den Eingang [sue] des Überflussschachtes [su] in die Überflusskammer [ku] ab.
[37] In Probenüberlaufschräglage [pus] dagegen ist der Überflussschacht wirkungslos und verhält sich die Probenkammer wie die in Fig. 3.
[38] Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Taktung des Mischvorgangs. Aus t hydrostatisch höher liegenden Probenkammern fließt jeweils ein t-tel der Probe durch eine
Probenüberlaufleitung [lpu] in eine der t Proben-Eingangsleitungen [lpa,lpb,lp...], hier gezeigt für [lpb] und angedeutet für [lpa] und [lp...]. Die Probenüberlaufkuppen [lpuk] der beiden Probenkammern sind hier um 180 Grad gegeneinander gespiegelt, damit in ein und der gleichen Schräglage
• die eine Probenkammer in Probeneinf llschräglage [pes] ist und die
Probenniveaudifferenz [hdpe] einen Probenüberlauf verhindert, weil die
Probenüberlaufkuppe [lpuk] höher liegt als das Probeneinfüllniveau [hpe], das solange ansteigt, bis überschüssige Mengen über einen Probenüberflussschacht [su] mit Eingang [sue] abfließen,
• die andere, hier [kpb], in Probenüberlaufschräglage [pus] ist und die
Probenniveaudifferenz [hdpu] einen Probenüberlauf des Volumens [vh] einleitet, sobald das Probenniveau [hpu] höher liegt als die Probenüberlaufkuppe [lpuk].
Saugheberwirkung ist dafuer noch nicht nötig, sondern der Probenüberlauf-Eingang [lpue] darf hier mit der Probenüberlauf-Kuppe [lpuk] zusammenfallen. [39] Fig. 3 zeigt den Prinzipaufbau einer Proben-Kammer mit Saughebern zwecks Taktung des Dosierungs- und Mischvorgangs gemäß Anspruch 3., hier in einer 3-ären (t = 3)
Vorrichtung. In Proben-Einfüllschräglage [pes] liegt die Probenüberlaufkuppe [lpuk] um [hdp] höher als Höhe [hpe] der durch die Probeneingangsleitungen [lpa,lpb,lp...] eingebrachten Mischprobe und verhindert dadurch einen Probenüberlauf. In Proben-Überlaufschräglage [pus] dagegen ist das hydrostatische Niveau [hpu] der Mischprobe in der Probenkammer [kp] höher als das der Probenüberlaufkuppe [lpuk]. Deshalb fließt das Probenvolumen [vh] aus dem Probenkammerhals [kh] über den Probensaugheber [lpu] ab dessen Eingang [lpue] über die Probenüberlaufkuppe [lpuk] zum Ausgang [lp] ab. In der Probenrückhaltekammer [kr] bleibt ein Probenvolumen [vr] ((t-1) t-tel des Probenvolumens [vp]) stehen und kann für Tests gem. Fig. 1 verwendet werden.
[40] Fig. 10 zeigt die Ausgestaltung einer Proben-Kammer der Vorrichtung nach
Unteranspruch 6. mit zwei Ölkammern [kol] und [ko2], die dafür sorgt, dass Öl um zwei Schräglagen verzögert auf eine nach Probenüberlauf in der Probenrückhaltekammer [kr] verbleibende Probenmenge [vr] abfließt, die Probe und den Probensaugheber abdeckt und dadurch Kreuzkontamination-hemmend wirkt:
Schräglage 1 : In Probeneinfüllschräglage [pes] ist auch die erste Ölkammer in
Einlaufschräglage und nimmt aus hydrostatisch höher liegenden t Probenkammern
abfließendes Öl über Öl-Eingangsleitungen [loa,lob,lo...] auf. Überschüssige Öl-Mengen fließen gleich über [holu] ab. Eine vorzeitige Weitergabe des Öls an [ko2] wird dadurch verhindert, dass die Saugheberkuppe [solke] auf höherem hydrostatischem Niveau liegt als die Saugheberkuppe [solku].
Schräglage 2: Sobald die Vorrichtung in Probenüberlaufschräglage [pus] gekippt wird, wird das hydrostatische Niveau des Öls bei [hol u] größer als das bei [solku] und lässt das Öl über einen Öl-Saugheber [sol] abfließen in die zweite Ölkammer [ko2], während eine
Probenmenge aus dem Probenkammerhals [kh] durch einen Probensaugheber [lpu] über eine Probenüberlaufkuppe [lpuk] abgesaugt wird, [kol] hat also sowohl eine dosierende als auch eine taktende Wirkung. Ein vorzeitiges Abfließen des Öls zur Probe über den Ausgang [so2a] des zweiten Öl-Saughebers [so2] wird dadurch verhindert, dass die Saugheberkuppe [so2ke] auf höherem hydrostatischem Niveau liegt als das Öl im höchsten Punkt [ho2u] der zweiten Ölkammer [ko2]. Durch die Schräglage [pus] fließt zusätzlich zum Probenteil aus [kh] eine Probenschicht der Dicke [hdo] aus der Probenrückhaltekammer [kr] ab, dadurch wird der Proben-Saughebereingang [lpue] freigelegt und für verschließendes Öl zugänglich. Schräglage 3: Durch Zurückkippen der Vorrichtung in die Probeneinfüllschräglage [pes] kommt das Öl im höchsten Punkt [ho2u] der zweiten Probenkammer [ko2] auf ein höheres hydrostatisches Niveau als das in der Saugheberkuppe [so2ku]. Das Öl fließt daher über den Saugheber [so2] zu dessen Ausgang [so2a] und legt sich in der durch Probenüerlauf freigewordenen Schicht [hdo] auf das in [kr] verbliebene Probenvolumen [vpt] und vor den Probensaughebereingang [lpue]. Parallel dazu startet im logischen Vorgängerknoten ein nächster Zyklus mit Probeneinfüllung etc. wie in Schräglage 1.
[41] Fig. 4. zeigt eine typische, im physischen Modell getestete Probenkammer. Sie vereint den Proben-Toleranzüberfluss gem. Fig. 14, Saugheber gem. Fig. 3, Probenmisch-Taktung gem. Fig. 2 und Öl-Taktung gem. Fig. 10.
Dabei besteht die Probenkammer aus folgenden als CAD-Layers gezeigten Schichten:
• einer abschließenden hinteren durchgehenden Platte mit Aufhängungspunkten für Einfüll- und Überlauf-Schräglagen
• einem Layer mit den Wänden von Leitungen bzw. Saughebern und Querschacht,
gezeigt in Fig. 15
• einer den Leitungs- und den Kammer-Layer voneinander trennenden Platte mit
Löchern und Durchbrüchen als Verbindungen zwischen Leitungs- und Kammer-Layer, gezeigt in Fig. 16
• einem Kammer-Layer, in dem die Kammerwände zur Aufnahme von Probe, Öl und Luft untergebracht sind, gezeigt in Fig. 17
• einer abschließenden vorderen durchgehenden Platte
[42] Fig. 5 trennt zwecks Kreuzkontaminationsminderung die in Fig. 4 noch für t Proben benutzten Kammern in t Kammer-Layers auf, einen für je eine Probe. Damit nicht in
Probenüberlaufschräglage Kontaminationen aus der logisch übergeordneten Probenkammer [kv] über die Druckausgleichsleitung ([ld] in Fig. 4 bzw. [ld(a+b+...)] in Fig. 5)
zurückkommen, wird bei [lda+b+...] eine Leitungsverzweigung vorgesehen, welche den aus [kv] zurückkommenden Sammeldruck auf t Leitungen [ldo(a),ldo(b),ldo(...)] verteilt,
• die das gesamte Druckausgleichs-Volumen aufnehmen und
• deren t Eingänge jeweils mit einem großen, bei Druck wandernden Öl-Tropfen [od] abgedichtet sind und • die jede für sich in die Probenüberflusskammer [ku(a|b|...)] der zugehörigen Probe fuhrt und
• dort den durch Probenüberlauf über [lpu(a|b|...)] entstehenden Unterdruck ausgleicht. Nur die ausgangsseitige Probenmischkammer [khm] und die gemeinsame Proben- Ausgangsleitung [lp(a+b+...)] überspannen diese t zusätzlichen Kammer- Layers.
[43] Fig. 18 und Fig. 19 zeigen eine Möglichkeit, mittels einer in die
Probenrückhaltekammer [kr] eingeführte Kanüle [ksnu] aus [kr] eine Probe abzusaugen bzw. Reagenzien in [kr] einzubringen, wobei der Druckausgleich kreuzkontaminationshemmend über eine zweite, in den Probenkammerhals [kh] eingeführte Kanüle [ksno] erfolgt, die über die Leitung [lkso] in den geschlossenen Raum [vkso] hinter dem Spritzenkolben führt. Beide Kanülen können durch eine Schraubbewegung um einen Spritzengabel-Drehpunkt [ksd] herum gleichzeitig eingeführt werden, [ksno] setzt so hoch an, dass sie in [kh] einsticht, [ksnu] setzt so tief an, dass sie in [kr] einsticht.
[44] Fig. 1 1 zeigt eine Probenkammer mit zusätzlichen Leitungen und Kammern für die Einbringung und Weitergabe von Reagenzien.
[45] Eine dritte Öl-Kammer [ko3] puffert das Öl um eine weitere Schräglage zwischen, während derer Reagenzien in die nach Probenüberlauf in der Probenrückhaltekammer [kr] verbliebene Probe fließen. Für die Reagenzien kann das System der Öl-Kammern und - leitungen nach Fig. 10 dupliziert werden, im Modell z.B. als weiterer Layer auf der anderen Seite des Kammerwände-Layers, sodass von einer Seite die Reagenzien in [kr] einfließen und von der anderen Seite eine Schräglage später das Öl aus der dritten öl-Kammer [ko3].
[46] Wo Öl-Kammern und Reagenzien-Kammern den gleichen Raum im Kammerwände- Layer beanspruchen, können sie jeweils z.B. als Sandwich aus zwei Kammern ausgeführt werden.
[47] Zwecks Durchführung eines großen Reihentests können mehrere Vorrichtungen zu einer Vorrichtungen-Kaskade [vk] wie in Fig. 6 gezeigt kaskadiert werden und dadurch einen gemeinsamen Baum bilden, wobei die Wurzeln [wua,wub,wu...] aller zu den Blattknoten hin gelegenen, logisch untergeordneten Vorrichtungen ihrerseits wieder jeweils in eine logisch übergeordnete Vorrichtung [vo] münden.
[48] Zwecks Aufwandsminimierung können die Einzelproben optional nach
Positivwahrscheinlichkeit vorsortiert werden. Danach kann das restliche Auffüllen einer wahrscheinlich soweit test- negativen äußersten Vorrichtung mit neutralen Pseudoproben [pO] günstiger sein als das Einbringen weiterer Proben mit höherer bzw. unbekannter Positivwahrscheinlichkeit.
[49] Zur international eindeutigen Proben-Identifikation auch bei umfangreichen und / oder kaskadierten und / oder zeitlich oder örtlich verteilten Reihentests bietet sich ein für Blatt- und innere Knoten einheitliches Nummerierungsschema an: jede Proben-Kammer [kp], auch die der Einzelproben, wird bedruckt oder sonstwie physisch markiert mit einer Proben- Identifikationsnummer, die als Klartext und maschinell lesbar ist und sich zusammensetzt aus:
• einer vom Patentgeber oder von einer internationalen Einrichtung vergebenen,
international eindeutigen Hersteller-Nummer, z.B. in der Art "AA", "AB", "AC" usw. bis "ZZ",
• international eindeutigem Trennzeichen,
• seitens des jeweiligen Herstellers vergebenen, durch jeweiliges Inkrementieren
eindeutiger Vorrichtungs-Nummer in der Art "AAAA", "AAAB", "AAAC" usw. bis "ZZZZ",
• zweitem international eindeutigem Trennzeichen,
• Knoten-Nummer innerhalb der Vorrichtung in einer t-ären (im folgenden Beispiel 3- ären) Klassifikation, nämlich:
• für die Wurzel der Vorrichtung "0" oder nichts weiteres,
• für die t direkten Nachfolger der Wurzel:
• - für deren t Nachfolger:
" 1 1 ", "12", " 13",
"21 ", "22", "23" etc.,
• - für wiederum deren t Nachfolger:
" 1 11 ", " 1 12", "1 13",
"121 ", " 122", "123" etc.,
• wobei, falls t größer als 9 (also selbst mehrstellig) ist, "A" statt " 10" verwendet wird, "B" statt " 11" usw. Erzielbare Vorteile:
[50] Der Handling-Aufwand und der minimale, der mittlere und der maximale Testaufwand werden drastisch reduziert (erfindungsgemäß geringen Anteil positiver Proben vorausgesetzt). Der Testaufwand wird auf ein logarithmisches Maß verringert.
[51] Entsprechend gering können die Gesamtkosten ausfallen selbst bei höheren Kosten des Einzeltests.
[52] Die drastische Verringerung der durchzuführenden Tests erlaubt auch den Einsatz von
• hochsensiblen amplifizierenden Tests und / oder
• früh anzeigenden Direkt-Tests, wo bisher auf Antikörper getestet wurde und daher eine mehrmonatige Latenzzeit hingenommen werden mußte,
• wie z.B.
o PCR zum Krankheitserreger-Screening z.B. bei Blutkonserven und Blutprodukten oder bei BSE- oder Vogelgrippe-Screening statt Massen-Keulen nach dem Tierseuchengesetz oder
o Anzucht von Krankheitskeimen bei regionalen Trinkwasseruntersuchungen - auch in Entwicklungsländern. Die einfache Bauweise und Handhabung der Erfindung macht es dabei möglich, dass ein Entwicklungsland nicht nur Absatzgebiet sondern auch selbst Hersteller und Anwender wird.
[53] Auch eigentlich analoge, d.h. nicht auf positiv oder aber negativ testende Tests könnten künftig dem hier offenbarten Verfahren zugänglich werden, wo es gelingt, a) einen testspezifischen Schwellwert zu definieren und
b) eine Amplifikationsmethode zu finden, die die zu messende Probeneigenschaft wertmäßig in die Nähe dieses Schwellwertes bringt, z.B. durch eine Abfolge von alternierenden
Schräglagen mit schwell wert-spezifischer Dauer.
[54] Dabei verursacht eine zu geringe Spezifität zwar unnötige Kosten, aber kein
Falschnegativ-Risiko, und ist daher tolerierbar. Auch eine zu hohe Sensitivität mit vielen falschpositiven Screening-Ergebnissen ist tolerierbar, wenn alle positiv gefundenen Proben mit genaueren Verfahren nochmals getestet werden. Beispiele für Schwellwerte sind eine Mindestanzahl Schimmelsporen pro Messvolumen Luft oder eine Mindestanzahl bestimmter Krankheitskeime pro Messvolumen Trinkwasser.
[55] Der Test- Aufwand bei 0 positiven Einzelproben (p=0) beträgt
- pro Vorrichtung: 1 , - pro Vorrichtungen-Kaskade: 1.
[56] Fig. 12 zeigt die Suchpfade durch eine Vorrichtung mit t=3, und zwar - im Gegensatz zur Richtung beim Mischen - nun von der Wurzel [wv] her entlang aller testpositiven inneren Knoten bis in die die Blattknoten repräsentierenden Einzelproben [pe]. Dabei wird hier eine dichte Verteilung (Vorsortierung) der positiven Proben gezeigt, wodurch minimaler
Testaufwand entsteht, weil ab einer negativ getesteten Probe deren gesamter Teilbaum in Richtung Blattknoten implizit negativ ist. Nach Simulationsergebnissen erzeugen bei
Gleichverteilung z.B. 5% Positivrate ca. 43% des linearen Testaufwandes, dagegen bei dichter Gruppierung der positiven Proben nur ca. 7,5% für t=3 bzw. 6,6% für t=4. Bei 1% Positivrate reduziert Vorsortierung den Testaufwand von 14% auf ca. 1 ,4% des linearen.
[57] Fig. 13 ist ähnlich der Fig. 12, jedoch bei gleichmäßiger Verteilung (keine
Vorsortierung) der positiven Proben, wodurch maximaler Testaufwand entsteht.
[58] Für den mittleren Testaufwand ist der maximale anzusetzen, es sei denn, die Proben werden nach Positiv- Wahrscheinlichkeit vorsortiert angeliefert.
[59] Zusammen mit dem eigentlichen Testaufwand können auch der Präparations- und / oder der Amplifikations-Aufwand ggf. verringert werden.
[60] Da jedes positive Testergebnis eines inneren Knotens in seinen Nachfolgerknoten wiederholt geprüft wird, kann die Testung der inneren Knoten [ki] auf größtmögliche
Sensitivität und weniger auf Spezifität optimiert werden. Die Spezifität braucht erst in den Blattknoten (Einzelproben) [kb] sichergestellt werden.
[61] Zur Sicherheitsprüfung, ob wirklich alle Proben in den Sammelstatus eingeflossen sind oder aber mindestens eine Probe auf dem Weg in Richtung Wurzel blockiert war, braucht nur die Wurzel der Vorrichtung bzw. der Vorrichtungen- Kaskade kontrolliert werden, da für jeden mischenden Überlauf jeweils alle t Proben nötig gewesen sind und bei Ausbleiben mindestens einer Probe auch die Wurzel leergeblieben wäre.
[62] Zur Funktionskontrolle der Reagenzien und sonstigen Komponenten können beliebige Probenkammern im Baum mit positiven Test-Proben beschickt werden.
[63] Durch Verwendung von Überlaufleitungen [lpu] bzw. Saughebern [lpu] statt
Pipettierens wird der mechanische Aufwand minimiert und die Bildung des Sammelstatus in jedem inneren Knoten [ki] nahezu selbsttätig ausgeführt. [64] Durch das via Überlaufleitungen [lpu] bzw. Saugheber [lpu] selbsttätige statt pipettierende Mischen, durch die hohe Integrierbarkeit aller zum Mischen, zum etwaigen Amplifizieren und zur Testung benötigten Komponenten und durch die Möglichkeit des zusammenhängenden Entsorgens wird sowohl die Ärosol- als auch die
Kreuzkontaminationsgefahr stark verringert.
[65] Die Integration läßt sich bis hin zu einer sterilen Vorrichtung zum Einmalgebrauch steigern und dürfte dabei weniger Sondermüll produzieren als ein Aufbau mit einzeln steril verpackten diskreten Komponenten, sequentiell - und dadurch pro Einzelprobe - zugegebenen Reagenzien etc..
[66] Durch einheitliche innere Gestaltung der Proben-Kammern können die zur Herstellung der Proben-Kammern nötigen Formen mit je ein- und demselben Positiv-Modell gefertigt werden.
[67] Bei Durchführung eines großen Reihentests mittels einer Vorrichtungen-Kaskade [vk] ist z.B. bei PCR-Tests gemeinsame Amplifikation in einem großen, auch nicht zu testende Proben umfassenden Wasserbad denkbar.
[68] Der Probenumfang m der äußersten Vorrichtungen bei Verwendung von
Vorrichtungen-Kaskaden und Amplifikation kann je nach Positivwahrscheinlichkeit optimiert werden: je geringer die Wahrscheinlichkeit innerhalb einer äußersten Vorrichtung ist, daß mindestens eine Einzelprobe positiv ist, desto größer kann m gewählt werden.
[69] Fig. 20 zeigt den mit Computer-Simulationen ermittelten maximalen Testaufwand bei großen Reihentestungen, wobei der Simulation folgende Parameter zugrundegelegt wurden: t Anzahl direkter Nachfolgerknoten pro Knoten: 2, 3, 4 und 10; (der Einfachheit halber nicht variabel über h, sondern fix pro Vorrichtung)
h Höhe des Baumes einer einzigen Vorrichtung: zwischen 2 und 18
H Höhe der Vorrichtung bzw. Vorrichtungen- Kaskade: zwischen 2 und 18
m Anzahl der in eine einzige Vorrichtung einbringbaren Einzelproben, also Anzahl Blattknoten, also t**h
N Gesamtzahl der auf die Vorrichtung oder die Vorrichtungen-Kaskade
einzubringenden Einzelproben, jeweils soweit aufgerundet, daß auch die letzte benötigte Vorrichtung voll ist: Für die Simulation mindestens (und möglichst nur) 262144 bis maximal 390625 Einzelproben p Positiv-Rate in Prozent von N: von 0 bis 0,19 - d.h. von 0% bis 19%
[70] Auf der Y-Achse ist der Testaufwand im Verhältnis zum gesamten Einzelproben- Umfang aufgetragen (als Faktor). Zum Vergleich ist außerdem die bei linearer Testung anzusetzende 100%-Linie (waagrecht) eingezeichnet. Bedeutsam ist die Abhängigkeit der Testaufwands-Kurven insbesondere von den konstruktionsspezifischen Parametern t und h und vom Parameter "prognostizierte Positiv-Rate" pp, nach denen t und h optimiert werden können bzw. die optimale Vorrichtung ausgewählt werden kann. Konkret zeigt Fig. 20 bei Gleichverteilung positiver Proben (dem ungünstigsten Fall):
Bis 19% Positivrate ist die Wahl t = 3 oder 4 optimal. Ab ca. 17% Positivrate fällt allerdings ein Testaufwand von mehr als 100% des linearen Testaufwands an.
Eine ungünstige Auswahl der passenden Vorrichtung aufgrund ungenauer Prognose macht in der Nähe des Nullpunktes den logarithmischen Verlauf des Testaufwands in exponentiellem Maß zunichte.
Next Patent: BRUSH ATTACHMENT FOR VACUUM-CLEANER NOZZLES