发明内容
依据本发明的一个方面的目的在于提供一种具有一个或多个共享区的分析装置,使得含有两个或多个分析流路的分析装置所需光学元件的数目减少。
根据第一个方面,本发明提供了一种用于测定液体试样中一种或多种被分析物的存在和/或程度的分析装置,所述分析装置包含:
a)第一和第二分析,各包含一流路,所述流路具有用于固定标记结合试剂的检测区,其中在一个或两个检测区对标记结合试剂进行的检测,可以表明一种或多种被分析物的存在和/或程度;
b)共享参比区;
c)一个或多个光源,用于照亮检测区及参比区;
d)一个或多个光电探测器,用于检测来自检测区及参比区的光,所述光电探测器产生信号,其信号强度与检测的光量相关;以及
e)信号处理装置,用于处理来自光电探测器的信号。
本发明的另一个目的是提供一种分析读取器,所述分析读取器用于与含有两个或多个分析流路的一个或多个分析试验带一起使用,所述分析读取器在一般所需的光学元件的数目上有所减少。
根据第二个方面,本发明提供一种分析读取器,用于读取各含有一流路的第一及第二分析的结果,每个流路包含一个用于固定标记结合试剂的检测区,其中在一个或两个检测区对标记结合试剂进行的检测,可以表明一种或多种被分析物的存在和/或程度,以及共享参比区;所述分析读取器包含:
a)一个或多个光源,用于照亮检测区及共享参比区;
b)一个或多个光电探测器,用于检测来自检测区及参比区的光,所述光电探测器产生信号,其信号的强度与检测的光量有关;以及
信号处理装置,用于处理来自光电探测器的信号,其中从共享参比区所得到的信号用于补偿从检测区所得信号的值。
优选地操作读取器可读取的分析在一个或多个分析试验带上进行,所述分析试验带包含第一及第二流路,每个流路包含相应的一个所述检测区。
第一和/或第二分析可以包含标记结合试剂,在装置使用之前、以干燥状态、在检测区上游、以不固定形式提供所述标记结合试剂。
共享参比区可以作为第一或者第二分析的部分被包含。可选择地,参比区可以在第一及第二分析的辅助流路上提供。参比区可以选自不对应于检测区的流路的部分、或者干燥标记试剂在检测区上游所存在的位置,不对应于干燥标记试剂所存在的位置的部分中选择。参比区可以在检测区下游或上游提供。参比区的测量能够对从流路反射的或透射的光的背景水平进行测量。背景水平可能受到某些影响,例如,有孔载体的光学反射、液体试样或如标记结合试剂的分析元件的存在。在检测区测量的光水平因此相对于到背景光的水平被校正,以提供补偿的信号,更精确地表明在检测区存在的标记结合试剂的量。在参比区的测量也补偿在应用于分析装置的液体试样之间的任何差异,例如,尿样可以在颜色上有很大程度的差异。在参比区所得到的一个分析的信号值,用于补偿在检测区所得到的另一个分析中的信号值。像这样,参比区被两个分析之间“共享”。共享参比区的提供能够减少分析装置所需的元件数目,这是因为每个参比区一般需要一个光源。
共享参比区的概念相当违反直觉。参比测量的目的是考虑到信号背景读数的变化,这种变化尤其是可能作为试剂或分析带成分变化的结果。因此,正常惯例是在每个分析时用分隔的参比区,这样,每个分析可以进行“专一的”参比测量。然而本发明人发现,分离的参比区可以被省掉,用一个共享参比区进行代替足够。
光源适宜地为LED。可以采用多个LED。在一个实施例中,分析中的每个区(检测区、参比区或控制区)被相应的LED所照亮。一个或多个光电探测器可以适宜地包含光电二极管。在一个优选的实施例中,采用单一的光电二极管或其他光电探测器。在一个实施例中,有四个LED和单个光电二极管。
分析装置还可以包含控制区,该控制区可以是作为第一或者第二分析的部分而提供的单个控制区。可选择地,控制区可以在第一或第二分析的附属流路上提供。单个控制区的提供进一步减少所需光源的数目。控制区的目的是表明分析已被正确地执行,即液体试样已经应用于装置,标记结合试剂已经沿流路移动至某种程度。控制区可在检测区下游提供。EP291194中公开了合适的控制区,所述控制区可以含有固定结合试剂,用于标记结合试剂。标记结合试剂的单独的种群可以在检测区和控制区上游提供,其中所述标记结合试剂的单独种群能够被固定在控制区,但在检测区,在被分析物存在或不存在的条件下,并不会变得固定。控制区一般在检测区下游提供。在控制区所得到的信号也可以相对于在参比区所得到的信号被参考。
因此,在控制区信号的测量提供了对于该分析试验被正确(或不正确)地进行的值或指示。例如,如果控制区表明对于一个分析,试验已经被正确地进行,则假设在另一个分析中,试验被正确地进行。因此,控制区可以被认为是在分析装置的各分析间“共享的”。就共享参比区来说,单个的或“共享的”控制区的提供,使得装置中所用的光学元件的数目减少。作出该假设的原理在于,如果液体试样已经应用于一个分析流路,则液体试样非常有可能已经用于其他流路,如果例如通过公共试样接收装置,如有孔的试样接收器,两个分析流路相互连接,尤其是这样。此外,如果分析装置已经受到例如环境的影响,如水分的进入,例如会导致不固定试剂较差的再悬浮性,或高温会使结合试剂变性,全部两个流路都很可能会受到影响。就共享参比区来说,共享控制区的概念也是违反直觉的。控制区信号相对于参比区的信号被计算。
参比及控制区可以作为相同分析的部分被提供,或作为不同分析的部分被提供。在一个示例性实施例中,共享参比区及控制区分别在单独的分析中被提供,例如,一个分析包含检测区和参比区,另一个分析包含检测区和控制区。
根据第三个方面,本发明提供一种分析装置,用于测定液体试样中一种或多种被分析物的存在和/或程度,所述分析装置包含:
a)第一和第二分析,各包含一流路,所述流路具有一个用于固定标记结合试剂的检测区,其中,在一个或两个检测区对标记结合试剂进行的检测,可以表明一种或多种被分析物的存在和/或程度;
b)共享控制区;
c)一个或多个光源,用来照亮检测区及控制区;
d)一个或多个光电探测器,用于检测来自检测区及控制区的光,所述光电探测器产生信号,其信号强度与检测的光量相关;以及
e)信号处理装置,用于处理来自光电探测器的信号。
根据第四个方面,本发明提供一种分析读取器,用于读取第一及第二分析的结果,所述第一及第二分析的每个包含:
一流路,每个流路包含用于固定标记结合试剂的检测区,其中,在一个或两个检测区对标记结合试剂进行的检测,可以表明一种或多种被分析物的存在和/或程度;以及
共享控制区;
所述分析读取器包含:
a)一个或多个光源,用来照亮检测区及共享控制区;
b)贮存的控制信号阈值;
c)一个或多个光电探测器,用于检测来自检测区及控制区的光,所述光电探测器产生控制信号及检测信号,其信号强度与检测的光量相关;以及
d)信号处理装置,用于处理来自光电探测器的信号,并对从控制区所得到的信号与控制信号阈值进行比较,如果控制信号等于或大于控制信号阈值,确定两个分析均被正确地进行。
依据本发明的第一、第二、第三个方面的分析装置及读取器可以含有控制信号阈值。
控制信号阈值可以存储在装置或读取器中。从控制区测量的信号可以与控制信号阈值相比较,以确定是否有足够的标记结合试剂已在所述区变得固定。如果控制信号的值等于或超过控制信号阈值,装置或读取器可以确定分析被满意地进行。如果控制信号低于控制信号阈值,装置或读取器将确定分析并未被满意地进行,并将给出错误信息。
从控制区检测的信号可以对由参比区得到的信号有参考作用。
依据第三个方面,分析装置也可以含有一个共享参比区。
第一和/或第二分析可以适宜地包含在检测区以固定的形式提供的标记结合试剂或用于被分析物的结合试剂。
通过采用共享参比区和/或共享控制区,本发明的分析装置为减少了需要被询问的区的数目,从而,减少了所需采用的光学元件的数目的减少而提供。当第一和第二分析的分析结构非常相似时,或者如果参比区和/或控制区是在一个多个附属流路上提供,当一个或多个附属流路的分析结构与第一和第二分析相似时,如果参比区和/或控制区是在一个或多个附属流路上提供,共享区的应用最为有效。因此,例如,两个分析一般地都含有相似材料的有孔载体(例如两者都含有硝基纤维素载体)。每个分析都选用相同的液体试样也是非常有利的。这可以通过提供与两个分析液体联通的普通的公共试样应用区,很方便地完成达到,该区以液体与两个分析相联系。因此,通过公共试样应用区应用于该装置的单一的个液体试样,经普通的试样应用区,可流动通过第一个和第二两个个全部两分析。假使第一和第二分析并不完全相同,提供一个共享参比区区是可接受的,只要每个分析中需检测的光的背景强度水平彼此十分相似,提供共享参比区是可接受的。
信号处理装置可含有一个中央处理单元,所述单元能够处理由各个区光电探测器从各区所得到的信号,和在测试区所得到的相对于参比区的计算值。测量数据可在分析过程中的不同时间获得,也可在装置开启后,但在液体试样应用于装置之前得到,以获得干燥状态下的光透射或反射的光学数值。
可吸收的“池”能在分析流路的远端提供。可以提供公共池或可以在每个分析流路的远端提供池。吸收池可优选含有高吸收性材料,例如,CF7Whatman滤纸,并能提供足够的吸收容量,用于从检测区、参比区及控制区的附近除去任何未结合的结合物。作为该池的代替物,具有延伸超过检测区的长度的有孔固相材料足够。提供高吸收性池的优势在于,该池可以从各个分析的流路中除去或基本上除去过量的标记结合试剂。这具有将各区附近未结合的标记结合试剂的范围最小化的作用,因此,使得装置中将采用的分析流路可以具有不同量的标记结合试剂。
作为提供在检测区的固定结合试剂的替代物,结合试剂可以以不固定的形式提供,该形式能够结合到被分析物标记结合试剂复合物上。例如,结合试剂可以结合到如琼脂糖的大粒子上,检测区可包含过滤器,过滤器的孔径尺寸小于大粒子,但大于标记结合试剂的尺寸,使得过滤器能够捕捉任何存在的标记结合试剂/被分析物/结合试剂复合物,未复合到捕获试剂上的任何标记结合试剂,都能够通过滤器。然而,可选择地,试剂在检测区可以以固定的形式提供,该试剂能够结合不固定标记结合试剂/被分析物/结合试剂复合物。例如,结合试剂可以以不固定的形式提供,并结合到如维生素的结合种上、如抗生蛋白链菌素的为补充的结合伴侣的固定在检测区的试剂。
分析装置可用三明治免疫测定法和/或竞争/抑制分析法,对被分析物进行测定。三明治免疫测定法的一个例子为,标记结合试剂/被分析物/结合试剂复合物形成之处。装置一般包含用于被分析物的标记结合试剂,在检测区上游以不固定形式提供,该区含有用于被分析物的固定的结合试剂。可选择地,尤其当所感兴趣的被分析物为半抗原时,免疫测定装置可用竞争反应,其中标记被分析物或标记被分析物的类似物与在检测区的固定结合试剂所用试样中存在的被分析物相竞争。标记被分析物或标记被分析物类似物可以以不固定的形式在检测区上游提供。然而,可选择地,分析装置可选用抑制反应,其中固定被分析物或被分析物的类似物在检测区提供,分析装置包含用于被分析物的不固定标记结合试剂。
用于本发明目的的术语“流路”是指能够将液体从第一位置运送至第二位置的底物,例如可以是毛细管通道、微射流路径、或有孔载体,如侧向流动的有孔载体。有孔载体可以包含一种或多种有孔载体材料,这些材料可以重叠在直线的或叠加的排列上或射流地相连接。有孔载体材料可以相同也可以不同。第一和第二分析可以在分离的底物或在公共底物上提供,使得液体沿第一分析的流路运送,不能横越第二分析的流路。例如,第一和第二分析可在相同的有孔载体上提供,使得第一和第二流路彼此隔离。例如,这可以通过激光切割有孔载体的部分,使其无孔而实现,因此,将第一和第二分析进行分离。可选择地,无孔阻断材料可以沿带应用,以在相同有孔载体上提供两个(一般基本上平行)流路。
尤其流路可以是侧向流动的有孔载体。可以采用适宜的材料作为有孔载体,包括硝基纤维素、醋酸纤维、纤维素或纤维素衍生物、聚酯、聚烯烃、或玻璃纤维。有孔载体可以包含硝基纤维素。这具有以下优势:未经过预先的化学处理,结合试剂可以被牢牢地固定。例如,如果有孔固相材料包含纸,在第二区抗体的固定需要通过化学偶合来完成,偶合需要用到例如CNBr、羰二咪唑,或三氟代乙烷磺酰氯。
术语“结合试剂”是指结合对的一个成员,即,两种不同的分子,其中,一个分子与第二个分子通过化学和/或物理手段相结合。两个分子在以下意义上相关:它们相互结合,使得它们能够从其他具有相似性质的分析成分中区别出其结合伴侣。结合对的成员是指作为配体和受体(抗配体)、结合对成员及结合对伴侣等等。分子也可以是分子聚合物的结合对成员;例如抗体依第二抗体的免疫复合物突起,其相应的抗原可被认为是免疫复合物的结合对成员。
除抗原和抗体结合对成员外,作为非限制性的例子,其他结合对包括维生素和抗生物素蛋白、糖类和外源凝集素、互补的核苷酸序列、互补的肽序列、效应器和感受器分子、酶辅助因子和酶、酶抑制剂和酶、肽序列和对序列或整个蛋白具有特异性的抗体、聚合酸和碱、染料和蛋白结合剂、肽和肽和特异性蛋白质结合(例如,核糖核酸酶、S肽、及核糖核酸酶S肽),等等。此外,特异性结合对能包括原始特异性结合成员的类似物。
在用于标记结合试剂的上下文时,“标记”是指任何能够产生通过视觉或仪器手段可检测到信号的物质。本发明中所用的各种适宜的标记物包括:例如可以光学检测到的通过化学或物理手段产生信号的标记物、。这种标记物包括酶和底物、色原体、催化剂、荧光化合物、化学发光化合物、电活化物质、染料分子、放射性标记及粒子标记。被分析物本身可以固有的能够产生可检测到的信号。标记可以共价结合到结合试剂上。标记具体可以从光学可检测的一类中选择。
标记可以包括粒子,如金、银、胶体的非金属粒子,如硒或碲、染色的或有颜色的粒子,如结合染料的聚合粒子、或染料溶胶。染料可以是任意适宜的颜色,例如蓝色。染料可以是荧光的。染料溶胶可以是由商业可获得的疏水染料制得,如Foron Blue SRP(Sandoz)、及Resolin Blue BBLS(Bayer)。适宜的聚合物标记可以从一系列的合成聚合物中选取,如聚苯乙烯、聚乙烯甲苯、聚苯乙烯-丙烯酸、及聚丙烯醛。所用单体通常是水不溶的,并在亲水性表面活性剂的存在下乳化,从而形成单体胶束,随后,通过向乳剂中加入引发剂,将其诱导聚合。基本上生成球形聚合粒子。对于这种聚合粒子,理想的粒度范围为约0.05μm至约0.5μm。根据一个实施例,标记为蓝色聚合粒子。
干燥的结合试剂可以在包含检测区的有孔载体材料的上游所提供的有孔载体材料上提供。上游有孔载体材料可以是大孔的。大孔载体材料应是低或非蛋白结合,或用如BSA或PVA的试剂应该很容易地被阻断,从而使非特异性结合程度降至最低,同时使在大孔体被液体试样弄湿后,促进标记试剂自由运动。如必要的话,大孔载体材料能够用表面活性剂或溶剂预先处理,使其更为亲水,从而促进液体试样的快速吸收。用于大孔载体的适宜的材料包括如聚乙烯和聚丙烯的塑料材料、或如纸或玻璃纤维的其他材料。在标记结合试剂用可检测的粒子标记情况下,大孔体可以有至少大于粒子标记最大粒子尺寸10倍的孔径。较大的孔径可以使标记试剂更好地释放。作为大孔载体的替代物,标记结合试剂可以在检测区上游无孔的底物上提供,所述无孔底物形成流路的一部分。
有孔载体可以包含在玻璃纤维大孔载体,所述玻璃纤维大孔载体在硝酸基纤维有孔载体上游提供,并在其远端与所述硝酸基纤维有孔载体重叠。
液体试样可以源自于任何来源,如工业的、环境的、农业的、或生物的来源。试样可以源自或由生理学来源构成,包括血液、血清、血浆、组织液、唾液、痰、眼晶状体液、汗液、尿、乳、黏液、关节滑膜液、腹膜液、经皮渗出液、咽分泌物、支气管肺泡灌洗、气管吸引术、脑脊髓液、精液、子宫颈粘液、阴道或尿道分泌物,以及羊水。具体来源可以是人类,具体试样可以是尿液。
此处所用的“光”意在包括无论任何波长的任何适宜的电磁辐射。尽管这样,本发明主要意在利用在光谱的可见范围内的光,“光源”和“光电探测器”应该依据围绕各自的任何来源、及检测方法、电磁辐射来进行解释,但尤其与可见波长(即,在约390-800nm范围内)的辐射有关。
光电探测器将检测来自分析装置一个或多个区的光。事实上,光可以源于这些区,例如,如果标记为荧光等。然而,通常,光电探测器将检测看起来来自以上区的光,也就是,由光源发出并经光电探测器上的区反射和/或透射的光。
被分析物包括,但不局限于,毒素、有机化合物、蛋白质、肽、微生物、细菌、病毒、氨基酸、核酸、糖类、激素、类固醇、维生素、药物(包括用于治疗目的的给药,以及用于违法目的的给药)、污染物、杀虫剂、以及上述任一物质的代谢产物或抗体。术语被分析物也包括任意抗原物质、半抗原、抗体、大分子、以及它们的复合物。
分析装置可以检测一种或多种被分析物。
分析装置可能能够检测超过扩展的被分析物范围的被分析物的存在或含量,其中第一分析能够测定在较低的浓度范围内的被分析物的水平,第二分析能够测定在较高的浓度范围内的液体试样中被分析物的水平。
有几种方法准备分析,以测定在较高被分析物范围内的被分析物。
例如,分析装置可以包含清除剂分析,该清除剂分析包括在检测区上游提供的用于被分析物的标记结合试剂和用于被分析物的清除剂结合试剂。清除剂结合试剂用于除去过量的被分析物,并降低分析的灵敏度。这具有增加分析的动态范围的作用,使得能够在较高的分析物水平上进行测量。清除剂结合试剂可以是固定的、不固定的或是既固定的又不固定的。清除剂结合试剂可以在不固定标记结合试剂上游或下游,在有孔载体的与该不固定标记结合试剂相同的区提供。清除剂结合试剂可以结合到与不固定标记结合试剂相同的被分析物的结合区,或者与标记结合试剂不同的被分析物的区。清除剂试剂对被分析物可以具有与第二分析的不固定标记结合试剂不同的亲和力。在一个示例性实施例中,清除剂结合试剂对被分析物具有比第二分析的不固定标记结合试剂更高的亲和力。清除剂结合试剂的量可以变化,以改变分析对被分析物浓度的灵敏度。增加存在的清除剂结合试剂的量会降低分析的灵敏度,这是因为清除剂结合试剂能够结合更多的被分析物,有效地降低能够结合到检测区的标记结合试剂的比例。
为增大分析的动态范围,分析装置例如可以包含多个检测区,其中,每个检测区能够在不同的被分析物浓度水平下结合被分析物。例如,相应的区可以包含对被分析物具有不同的亲合力的被分析物的结合试剂。
其他增加分析的动态范围的方法是提供一种分析装置,该分析装置包含三明治结合分析及竞争或抑制分析。例如,三明治分析可能是高灵敏度分析,即其能够在低浓度范围内测量被分析物,抑制或竞争分析可能是低灵敏度的分析,即其能够在高浓度范围内测量被分析物。另一种方法是改变在检测区固定的试剂标记或结合试剂的亲和力或量。高亲和力结合试剂比较低亲和力结合试剂对被分析物具有更高的灵敏度。类似地,低浓度结合试剂比高浓度结合试剂对被分析物具有更低的灵敏度。分析灵敏度能够通过改变结合试剂对标记结合试剂的标记的比例而进行改变。如果用粒子作为标记,则应用于标记的结合试剂的量可以改变,从而改变分析的灵敏度。另外的控制分析灵敏度的方法是改变分析中所用标记量。例如,分析灵敏度可以通过降低结合试剂对用于标记结合试剂的标记种类的比例而降低。
另一种控制分析灵敏度的方法是改变标记光密度。分析法灵敏度能够通过使用低光密度的标记而降低。例如,这可以通过提供含有低浓度染料的聚合粒子标记,或使用对光学检测器具有低灵敏度的有色的标记而实现。
然而,另一种测量高被分析物水平的方法是采用非粒子标记结合试剂。当采用三明治结合分析测量高水平的被分析物时,需要高浓度的结合试剂。在标记为粒子标记的情况下,在有孔载体内部或表面提供的高浓度的被分析物会引起空间位阻,从而导致较差的分析灵敏度。相反地,在较低的被分析物水平时,由于低光密度,用非粒子标记结合试剂能够产生低信号。然而,在高被分析物水平时,非粒子标记可以以足够高的水平出现,从而很容易被检测。光学可检测的非粒子标记一个例子可以是染料。染料可以是荧光的。
分析灵敏度可以受有孔载体的流速的影响。降低分析灵敏度的方法是采用具有高流速的有孔载体(如硝基纤维素)。
分析的灵敏度可以通过调整流速被进一步地控制,在该流速下,标记结合试剂从其来源被释放。另一个降低被分析物灵敏度的方法是,在与液体试样接触的过程中,提供标记结合试剂从有孔载体中的快速释放。能够通过在装置中提供糖、蛋白质或如甲基纤维素的其他聚合物,调整标记结合试剂的释放。
依据一个具体的实施例,分析装置包含清除剂分析,该清除剂分析含有在检测区上游提供的用于被分析物的不固定结合试剂及用于被分析物的不固定第二(清除剂)结合试剂。
依据一个具体的实施例,第一分析能够测量在较低的被分析物浓度范围内的被分析物,第二分析能够测量在较高的被分析物浓度范围内的被分析物。第一分析可以包含共享参比区,第二分析可以包含共享控制区。
第一分析可以包含在检测区上游提供的标记结合试剂,第二分析可以包含在检测区上游提供的不固定清除剂结合试剂及标记结合试剂。清除剂结合试剂可以在相同的位置或在检测区上游的标记结合试剂区被提供。
具体待检测的被分析物可以是hCG,在这种情况下,液体试样可以是尿。
分析装置可以测定单个的被分析物,如hCG,其中,第一分析能够测定在第一浓度范围内,液体试样中hCG的水平,第二分析能够测定在第二浓度范围内,液体试样中hCG的水平。
为测定超过一定范围的被分析物的浓度,确保有存在足够的标记结合试剂使得分析信号并未达到饱和是非常重要的。大量被分析物的测量常常需要标记结合试剂的量相应的增加,以避免所谓的“Hook效应”或随着被分析物浓度的增加,分析信号达到饱和。显示发生了控制信号的变化,尤其在存在的结合试剂的量有所增加的情况下。
提供第一和第二分析之处,具有不同量的标记结合试剂,其表明,作为分析的部分提供参比区,显示出具有较低水平的标记结合试剂的优点。
依据一个实施例,分析装置能够测量在较高的被分析物范围内的被分析物。有几种方法提供该装置。
例如,分析装置可以包含在检测区上游提供的用于被分析物的标记结合试剂及用于被分析物的第二结合试剂。第二结合试剂用于除去过量的被分析物,降低分析灵敏度。这具有增加分析动态范围的作用,能够在较高的被分析物水平进行测量。第二结合试剂可以可能是固定的,不固定的或者是固定和不固定的。第二结合试剂可以在不固定标记结合试剂的上游或下游,在有孔载体的与不固定标记结合试剂相同的任一区提供。第二结合试剂可以结合到被分析物的与不固定标记结合试剂相同的结合区,或被分析物的与标记结合试剂不同的区。第二试剂可以对被分析物具有与第二分析的不固定标记结合试剂不同的亲和力。在一个示例性的实施例中,比第二分析的不固定标记结合试剂,第二结合试剂对被分析物具有更高的亲和力。第二结合试剂的量可以变化,从而使分析灵敏度随被分析物浓度的变化而变化。增加存在的第二结合试剂的量,会降低分析灵敏度,这是由于第二结合试剂能够结合更多的被分析物,有效地降低能够结合到检测区的标记结合试剂的比例。
为增加分析的动态范围,分析装置例如可以包含多个检测区,其中,每个检测区能够在不同的被分析物浓度水平下结合被分析物。例如,各个区可以包含对被分析物具有不同的亲和力的被分析物的结合试剂。
其他增加分析的动态范围的方法是提供一种分析装置,该分析装置包含三明治结合分析及竞争或抑制分析。例如,三明治分析法可能是高灵敏度分析法,即其能够在低浓度范围内对被分析物进行测量,抑制或竞争分析可能是低灵敏度分析,即其能够在高浓度范围内对被分析物进行测量。另一方法是改变检测区固定的试剂或标记结合试剂的亲和力或量。高亲和力结合试剂比较低亲和力结合试剂对被分析物具有更高的灵敏度。类似地,低浓度的结合试剂比高浓度的结合试剂对被分析物灵具有更低的敏度。分析灵敏度能够通过改变结合试剂对标记结合试剂的标记的比例而改变。如果用粒子作为标记,则应用于标记的结合试剂的量可以改变,从而改变分析的灵敏度。另一种控制分析灵敏度的方法是改变分析中所用标记量。例如,分析的灵敏度的降低可以通过减小结合试剂对标记结合试剂所用标记种类的比例来实现。
另一种控制分析灵敏度的方法是改变标记光学密度。分析灵敏度能够通过使用低光密度的标记来降低。例如,这可以通过提供具有低浓度染料的聚合物粒子标记,或通过使用对光学检测器具有较低敏感性的有色标记而实现。
然而,另一种测量高被分析物水平的方法是采用非粒子标记结合试剂。当采用三明治结合分析测量高水平的被分析物时,需要高浓度的结合试剂。在标记为粒子标记的情况下,在有孔载体内部或表面提供的高浓度的被分析物会引起空间位阻,从而导致较差的分析灵敏度。相反地,在较低的被分析物水平时,由于低光密度,用非粒子标记结合试剂能够产生低信号。然而,在高被分析物水平时,非粒子标记可以以足够高的水平出现,从而很容易被检测。光学可检测的非粒子标记一个例子可以是染料。染料可以是荧光的。
分析灵敏度可以受有孔载体的流速的影响。降低分析灵敏度的方法是采用具有高流速的有孔载体(如硝基纤维素)。
分析的灵敏度可以通过调整流速,被进一步地控制,在该流速下,标记结合试剂从其来源被释放。另一个降低被分析物灵敏度的方法是,在与液体试样接触的过程中,提供标记结合试剂从有孔载体中的快速释放。能够通过在装置中提供糖、蛋白质或如甲基纤维素的其他聚合物,调整标记结合试剂的释放。
依据一个具体的实施例,分析装置包含在检测区上游提供的用于被分析物的不固定结合试剂和用于被分析物的第二结合试剂。第二结合试剂可以在检测区上游与标记结合试剂相同或相似的位置提供。
依据一个具体的实施例,分析装置包含两个分析,每个分析包含一流路,其中,第一分析能够测量低浓度范围内的被分析物,第二分析能够测量高浓度范围内的被分析物。第一分析可以包含共享参比区,第二分析可以包含共享控制区。
本发明的分析装置可以用于测量超过扩大的浓度范围的hCG的程度或存在。范围可以在约10mIU至约250,000mIU之间变化。
第二分析可以包含用于被分析物的标记结合试剂及用于被分析物的第二结合试剂。第一分析可以包含在检测区上游提供的用于被分析物的标记结合试剂。
分析装置可以包含一个或多个测量阈值,以表明在一定被分析物范围内的被分析物的水平。在一个实施例中,分析装置包含第一及第二测量阈值,其中被分析物测量信号低于第一测量阈值,表明不存在被分析物或不存在超过一定水平的被分析物,并且其中被分析物测量信号大于第二测量阈值,表明被分析物的水平在第二浓度范围内,测量信号小于第二阈值,表明被分析物的水平在第一浓度范围内。依据一个具体的实施例,分析装置另外包含第三测量阈值,其中,被分析物测量信号大于第三阈值,表明被分析物的水平在第三浓度范围内。
具体的分析装置可以能够测量在液体试样中被分析物hCG的存在或范围,具体是雌性哺乳动物受试者的尿。分析装置可以包含第一测量阈值,其中hCG被分析物信号水平低于阈值表明,未怀孕,其中hCG被分析物信号水平高于或等于第一测量阈值表明,怀孕,其中,装置包含至少另外一个测量阈值。另外,分析装置可以提供怀孕程度的指征。分析装置可以为用户提供基于时间的指征,例如以天或周为单位计的怀孕程度。
分析试验测定尿液中的hCG,一般的完全分析显影时间为3分钟。
本发明的目标之一是减少光学元件的数目,这可以很便利地实现,其中参比区作为分析的部分提供,控制区作为其他分析的部分提供。依据一个实施例,参比区作为第一分析的部分被提供,具有较低水平的标记结合试剂,控制区作为第二分析的部分被提供,具有较高水平的结合试剂。
依据一个实施例,分析装置包含四个光源,其中,光源被排列用以照亮第一及第二分析的检测区,及共享控制和参比区,每个区由各自的光源照亮。一个或多个光电探测器可以被定位,以检测来自各个区的反射和/或透射光。依据一个实施例,单个的光电探测器可以用于检测来自所有区的光。这可以通过依次照亮各自区实现,从而使得装置能够识别光电探测器所检测的光来自哪个区。依次的照亮过程可以在分析持续过程中以固定的或不同的频率重复,使得每个区的信号水平可以随时间被监控。另外,从一个或多个区检测到的光的水平的变化可用于确定液体试样是否及何时应用于该装置,并测定液体试样沿装置的流速。流速的测定可用于作为进一步的质量控制检验,例如,如果流速快于或慢于设定水平,分析可以被拒绝。适宜的流速检测方法及装置在EP1484641中公开。
经一段时间的三明治免疫测定法,标记结合试剂一般积聚在检测区,因此信号随时间增加的比率可以被监测。装置可以在信号达到平衡后或更一般地在反应达到平衡前对结果进行测定。装置可以提供定量结果,如个别的值、半定量的结果或范围,如1-10,11-20等等、或定性结果,如YES/NO。装置可以测定对于一个或多个信号阈值的结果。装置可以具有固定的测量时间或在固定测量时间已经过去之前提供早期的结果。例如,在装置测定信号水平将不超过具体的阈值或在早期阶段超过具体的阈值的情况下,早期的结果可以给出。在这些特殊情况下,装置可以调入早期的NO或YES测量,相对于具体的基准(可以是零)表明被分析物的存在或不存在。分析装置采用早期结果测定的方法在EP1464613中公开。
分析装置可以用于测定受试者是否怀孕(即液体试样是否含有一定水平之上的hCG),也可以采用更多的阈值向用户表明怀孕的程度。怀孕的程度可以根据基于时间或基于浓度的测量来表示。
分析装置一般会包含一个外壳。该外壳可以是液体不能渗透的,并由适宜的塑料材料构成,如ABS。分析装置还可以包含简易的接收部件,用于接收液体试样。试样接收部件可以从外壳延伸。
外壳可以由液体不能渗透的材料构成。还希望外壳能够阻挡周围的光。如果低于10%、优选低于5%、最优选低于1%的入射在装置外部上的可见光穿透入装置内部,将会认为外壳或外套充分地阻挡周围的光。光不可透过的合成塑料材料,如含有适当的光阻断色素的聚丙烯、聚碳酸酯、ABS、聚苯乙烯、苯乙烯、或高密度聚乙烯,是用于外壳构造的合适选择。在外壳的外部提供的孔径,该孔径与在外壳内部空间提供的分析相通。可选择地,孔径可用于允许有孔的试样接收器从外壳延伸到从外壳的外部位置。
外壳中一般会同时提供电源。装置一般会包含显示分析结果的显示装置,以及存储数据的记忆装置。方便地,显示工具包含LCD。
显示装置还可以显示进一步的信息,如错误信息、个人详情、时间、日期、以及告知用户分析已进行测量的时间的定时器。由分析显示的信息可以以文字、数字或标志以任何字体、字母或语言表示,例如,“阳性”、“阴性”、“+”、“-”、“怀孕”、“未怀孕”、“去见你的医生”、“重复试验”。
分析装置还可以包含试样接收器,所述试样接收器包含试样接收的有孔部件,所述有孔部件液体连接一个或两个分析的流路的上游。分析装置可以包含多于一个的分析的流路,每个分析流路包含检测区,在该情况下,可以提供单个试样接收有孔部件,所述试样接收有孔部件对于多个分析流路是常见的。因此,应用于装置的有孔部件的液体试样,能够沿各自的分析的流路传播到各自的检测区。有孔部件可以提供在外壳内或可以至少局部延伸出所述外壳,并可以例如用于收集尿流。有孔部件可以充当流体贮存器。有孔部件可以由任何能够迅速吸收液体的吸水的、有孔或纤维材料制得。材料的孔隙率可以是单向的(即具有孔隙或纤维的线路整个或大部分平行于部件的轴)或多向的(全向的,以使部件具有无定形的海绵状结构)。有孔塑料材料,如聚丙烯、聚乙烯(优选非常高分子量)、聚偏二氟乙烯、乙烯醋酸乙烯酯、丙烯腈及聚四氟乙烯可以使用。其他适宜的材料包括玻璃纤维。提供公共试样接收有孔部件使得单个试样同时提供给第一或第二分析的流路,进一步增加提高了共享参比区和/或共享控制区的效果。
第五个方面,本发明提供进行分析以测定一种或多种被分析物的存在和/或程度的方法,该方法包含利用根据本发明的第一和第三方面的分析装置接触液体试样的步骤。
具体实施方式
图1显示出分析装置的外部的俯视图。装置10为细长的,长度约14cm,宽度约25mm。外套11可以由比如聚碳酸酯、ABS、聚苯乙烯、高密度聚乙烯、或聚丙烯的适宜的液体不能渗透的外套形成。外部的有孔试样接收器12可以由能够迅速吸收液体的任何吸水、有孔或纤维材料构成。同时显示的还有用于显示分析结果的LCD显示器15。虽未显示,分析装置中还提供分析流路、光源、光电探测器、电源及相关联的电子元件。
图2显示依据一个示例性实施例的分析装置的光电探测器的布局和单独的分析有孔载体。分析装置20具有流体连接第一和第二分析22和23的公共试样应用区21。单个的光电探测器4在两个分析中间提供,以检测来自相应区的光。区24和25分别对应于第一分析22的检测区和控制区。区26和27分别对应于第二分析23的检测区和参比区。未显示相应的四个LED,每个所述显示器通过适当地定位的窗口照亮相应的区。
图3显示依据包含单个光电探测器32和四个LED31的实施例的排列视图。光电检测器的有效面积为1.5mmx1.5mm。
图4显示分析装置40的横截面示意图,显示一些元件的相对位置。由LED41发出的光照亮带42的区,从该区反射的光由光电探测器44探测。类似地,由LED45发出的光照亮带46的区,反射光由光电探测器检测。提供分隔物47避免从LED发出的光被直接入射到光电检测器上。还提供倾斜的元件48用于防止LED41照亮带46并对应地防止LED45照亮带42,同时使从相应的试验带反射的光由光电检测器检测。倾斜的元件还用于将从试验带反射的光引导到光电检测器。LED安装在由印刷电路板制得的表面49上。
图5a显示了举例说明的实施例的挡板排列的底面视图。来自显示其中之一(由参考数字51表示)的LED的光通过孔径照亮分析带的一个区(未示出)。每个LED与各自的孔径相关联。在图中,示范的孔径由参考数字55表示。光从带上反射到光电检测器52上。同时显示的为倾斜的元件53和分隔物56。相邻的LED通过挡板54相互遮蔽。
图5b从一个不同的角度显示了举例说明的实施例中挡板排列的底部视图。倾斜的元件53关于轴57对称,并用于将反射光从所有四个LED(未示出)中引导到光电检测器(未示出)上。
图6显示分析装置的顶部视图,俯视定位在孔径62上方的试验带61,并通过定位针63保持位置。LED及光电检测器能够通过孔径部分地看到。
实例1
由包含低灵敏度的试验区(用于测量高被分析物浓度)和高灵敏度的试验区(用于测量低被分析物浓度)的分析装置的各区测定的信号值通过如下的信号计算方法进行确定:
带和窗口的用途,在下列表中规定(见图2)
带 | 窗口1 | 窗口2 |
A | 低灵敏度试验线(LS) | 控制线(Ctrl) |
B | 高灵敏度试验线(HS) | 参比窗口(Ref) |
由每个窗口反射的光的测量大约每秒进行两次,低通数字滤波器用于抑制噪音,使数据平滑。滤波数值用于检测流动及测定结果,并以相对衰减的标准百分比(%A)形式表示。这考虑到了装置内和装置间的光学元件的任何差异,并使这种差异最小。
测量的值与反射光的量成反比。
对于每个窗口,参比、控制及试验窗口的窗口比率等于当有孔载体干燥时所测得的值,t=0(在加入试样前),除以加入试样后在时间t所测得的值。
滤波窗口比率的计算
对于每个时间点t,每个窗口的窗口比率计算如下:
滤波%A值的计算
相对衰减的标准百分比(%A)通过不同的参比(ref.)窗口的比率给出,考虑将窗口比率(控制或试验窗口)除以参比窗口比率,再乘以100%。
对于每个时间点t,计算HS试验线、LS试验线、和控制线的%A值,其中:
分析装置的结构
依据本发明的第一方面的一种分析装置,构成包含第一分析试验带,该第一分析试验带包含在检测区上游提供的标记结合试剂;和第二分析试验带,该第二分析试验带包含在检测区和控制区上游提供的用于控制区的标记结合试剂、用于被分析物的第二(清除剂)结合试剂和标记结合试剂。
第一分析试验带的制备
检测区的制备通过将在PBSA缓冲液中浓度为3mg/ml的一列抗-β-hCG抗体(室内克隆3468),以1μl/cm的速度分散到尺寸为350mm长x40mm宽(Whatman)的,具有孔径为8μm,厚度在90-100μm之间的硝基纤维素带上,其被层压至175μm的背衬层。抗-β-hCG抗体通过利用Biodot xyz3050分散平台,作为一列约1.2mm宽,约300mm长,在沿硝基纤维素的长的10mm的位置处应用。
硝基纤维素的带用Hedinair系列#17494的干燥箱干燥,设定温度55℃,速度为5(单个通过)。
硝基纤维素随后用阻断缓冲液进行阻断,该阻断缓冲液包含5%乙醇(BDH Analar104766P)加150mM氯化钠(BDH Analar10241AP)加50mM三羟甲基氨基甲烷碱(Sigma T1503)加吐温20(Sigma P1379)和1%(w/v)的聚乙烯醇(PVA,Sigma360627)的混合物。
阻断缓冲液在1.75μl/mm的流速下应用到带的近端。一旦阻断溶液浸湿进入膜,将用相同的器械在1.6μl/mm速度下,选用2%(w/v)的蔗糖溶液(Sigma S8501在去离子水中),并允许该蔗糖溶液浸湿进入硝基纤维素膜中约5分钟。
NC的带随后用Hedinair干燥箱系列#17494进行干燥,设定温度为75℃,速度为5(单个通过)。
在第一种有孔载体材料上制备不固定标记结合试剂
标记结合试剂依据以下试验设计制备:
1.用抗-αhCG包衣乳胶颗粒
用pH为8.5的100mM硼砂缓冲液(BDH AnalaR102676G)(DTB),将蓝色乳胶颗粒从Duke Scientific(直径400nm,DB1040CB在10%固体(w/v))稀释到2%固体(w/v)。
2.通过在Heraeus Biofuge17RS离心机上,在两个Eppendorf离心机管中,于17000rpm(25,848rcf),离心一定体积的(2mls)稀释的乳胶10分钟,对稀释的乳胶进行洗涤。移出并弃去上清液,用100mM DTB将小丸再混悬,得到总体积为1ml的4%固体(w/v)。
3.制备乙醇和醋酸钠的混合物(95%乙醇BDH AnalaR104766P与5%w/v醋酸钠Sigma S-2889)。
4.向第2步中洗涤的乳胶中加入100μl乙醇-醋酸钠溶液(其为乳胶体积的10%)。
5.稀释阻断抗体(室内克隆3299)以得到约1200μg/ml的抗体的DTB溶液。
6.将1ml体积的由第5步得到的稀释的抗体,于41.5℃水浴中加热约2分钟。并将洗过的乳胶,加上第4步得到的乙醇-醋酸钠在相同水浴中加热2分钟。
7.向乳胶加乙醇-醋酸盐中加入稀释的抗体,混合均匀,在41.5℃水浴中孵育1小时,同时用安放在混合物中的磁力搅拌子及磁力棒进行混合。
8.制备40mg/ml的牛血清白蛋白(BSA)溶液(Intergen W22903的去离子水溶液)。通过向乳胶/抗体/乙醇-醋酸盐的混合物中加入等体积的40mg/ml BSA对乳胶进行阻断,并在不断搅拌下,于41.5℃水浴中孵育30分钟。
9.如第2步所述,将混合物以17000rpm的转速离心10分钟,(在Eppendorf管间,将体积分成1ml每份)。移出并弃去上清液,将小丸再悬浮于100mM DTB中。重复第2步所述的离心操作,移出并弃去上清液,将小丸再悬浮于喷枪缓冲液(20%(w/v)蔗糖Sigma S8501,10%BSA(w/v)的100mM三羟甲基氨基甲烷碱Sigma T1503pH达到9)中。加入喷枪缓冲液,得到4%固体(w/v)的乳胶。
结合的乳胶在BSA与蔗糖的混合物中以速度50g/hr和110mm/s,喷雾到玻璃纤维有孔载体上(F529-09,Whatman),并用系列号为17494的Hedinar链条式烘箱进行干燥,设定温度为65℃,速度5(单个通过)。
作为参比区所选择的区在沿硝基纤维素13mm距离处,即检测区下游。
包含标记结合试剂的玻璃纤维材料附加到硝基纤维素膜上,用澄清的粘液涂铺的层叠膜(Ferrisgate,38mm宽)进行排列,使得标记结合试剂在最上面,沿硝基纤维素膜带的长(350mm),玻璃纤维约每2mm交叠在硝基纤维素的表面。玻璃纤维附加到硝基纤维素的末端,使得玻璃纤维在检测区上游。
层状薄片随后切割成包含玻璃纤维有孔载体材料、宽6mm、长25mm的试验带,应用20mm标记试剂沿玻璃纤维的长,在上游提供,并每2mm交叠,硝基纤维素膜宽6mm,长40mm。
第二分析试验带的制备
检测区制备如下:
应用Biodot XYZ3050分散台,将3mg/ml的MAb小鼠-抗-人类β-hCG抗体(克隆3468)的PBSA缓冲液,以1μl/cm的速度,在10mm的位置,绘图到硝基纤维素上(类型和尺寸依据第一分析),以为第一分析提供单独的检测区。
控制区制备如下:
用Biodot XYZ3050分散台,将2mg/ml的山羊-抗-家兔抗体(Lampire)的PBSA缓冲液,以1μl/cm的速度,在13mm处,绘图到与第二分析所用相同的硝基纤维素上,为分析装置提供单独的控制区。
结合到400nm蓝色聚苯乙烯乳胶(Duke Scientific)上的小鼠-抗-人类α-hCG mAb(克隆3299),与3mg/ml的清除剂抗体mAb小鼠-抗-人类β-hCG(室内克隆3468)相混合,得到最终百分数为3%的蓝色乳胶,最终的3468的浓度为0.075mg/ml,游离抗-βhCG抗体的浓度为0.06mg/ml。制得的混合物用BIODOT XYZS(序号1673),以90g/hr的速度喷雾到Whatman玻璃纤维上(F52925mm宽轴),以2.02μg/cm的速度喷雾到F529-09玻璃纤维约20mm的位置上。喷雾溶液分散形成约长7mm的带。
用于控制区的标记结合试剂也存放于有孔载体上与用于被分析物的标记结合试剂相同区上,如下:
家兔IgG(Dako)结合到400nm蓝色乳胶聚苯乙烯乳胶(DukeScientific)的BSA/蔗糖溶液上,以得到最终百分数蓝色乳胶为0.7%固体,并以65g/hr的速度喷雾到玻璃纤维上。
玻璃纤维用序列号17494的Hedinar链条式烘箱干燥,设置温度65℃,速度为5(单个通过)。通过重复上述操作,第二次通过的乳胶被存放在玻璃纤维上,然而距喷雾的最初位置有约0.8mm的偏移(玻璃纤维的更下游)。玻璃纤维干燥如上所述。
具有喷雾的乳胶的玻璃纤维材料附加到硝基纤维素膜上,用澄清的粘性铺涂的层叠膜(Ferrisgate,38mm宽)进行排列,使得喷雾的乳胶在最上面,沿硝基纤维素膜带的长(350mm),玻璃纤维约每2mm交叠在硝基纤维素的表面。玻璃纤维在硝基纤维素膜上游提供,结合试剂在接近玻璃纤维的末端提供。
层状薄片随后切割成包含玻璃纤维有孔载体材料的、宽6mm长25mm的试验带,标记试剂沿在上游提供的玻璃纤维的长被应用20mm,在宽6mm,长40mm的硝基纤维素膜的上游设置并每2mm交叠该硝基纤维素膜。长45mm、宽12mm、厚约2.5mm的有孔的试样接收器(Filtrona)在第一个有孔载体材料的上游提供并与该第一个有孔载体材料交叠约3mm。
用于控制区的标记结合试剂也存放于有孔载体上与用于被分析物的标记结合试剂相同的区上,如下:
家兔IgG(Dako)结合到400nm蓝色乳胶聚苯乙烯乳胶(DukeScientific)的BSA/蔗糖溶液上,以得到最终百分数为0.7%固体的蓝色乳胶,并以65g/hr的速度喷雾到玻璃纤维上(F529-09)。
第一和第二分析试验带设置成相互平行,普通的聚酯纤维试样应用垫(505521,Filtrona)覆盖在两个分析上游的末端。普通的棉花吸收渗透垫(CF7,Whatman)覆盖在参比区和控制区下游。
分析装置通过将平行结构的分析带安装到包含光学元件的塑料外壳内而制成。排列LED,使得四个LED定位在与各自的四个区非常接近(两个检测区、一个参比区、和一个对照区)的一个偏离位置及分析的平面上。单个光电探测器定位在两个分析平面之间及上方,并定位在分析带的中间(见图2)。