CN102401796B - 一种读取测试载体上化验结果的设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种读取测试载体上化验测试结果的设备，包括：发光元件，发出光并照射到测试载体上相应的一个或多个区上；挡光元件，阻挡来自测试载体上的镜面反射照射到光电检测器上；和窗口，发光元件的光穿过窗口并照射到测试载体相应的区上。在一个优选的方式中，发光元件、挡光元件以及窗口的位置满足以下函数关系：S3≥2S7‑S7×S2÷S1，其中，S1表示发光元件与窗口之间的垂直距离；S2表示挡光元件的垂直高度；S3表示挡光元件与发光元件之间的垂直距离；S7表示窗口的长度。

Description

一种读取测试载体上化验结果的设备

技术领域

本发明公开的主题涉及读取被化验对象测量值的设备。特别地，其涉及电子读数器，与使用光学测量方法的化验试片一起使用。

背景技术

目前市场上可以买到多种适于家庭使用对化验物进行测试的分析设备。Unipath就在CLEARBLUE商标名下出售一种适合测量怀孕荷尔蒙人体绒膜(hCG)的横流免疫测定设备，该设备在EP291194中公开。

具体地，EP291194公开了一种免疫测定设备，包括：一个多孔渗水的测试载体，该载体包含用于一种化验物的微粒标记的特定结合试剂，在潮湿状态下，该试剂可以自由移动；和一种用于同一化验物的不带标记的特定结合试剂，该试剂固定在所述不带标记的特定粘合试剂下游的检测区或测试区中。怀疑含有所述化验物的液态样本施加到所述多孔渗水的载体，在其上该化验物与所述微粒标记的特定结合试剂作用，形成一种化验物-结合的复合体。所述微粒标记是有色的，通常是金色或染色聚合体，例如，乳胶或聚亚安脂。所述复合体随后移入检测区，在检测区与所述固定的不带标记的特定结合试剂构成另一中复合体，使得所述化验物的存在范围被检测或观察到。

已经提出各种定时所述结果的方法用于商业设备，包括指示用户在读取化验结果前等待一段时间。其它方法包括一个信号，在特定时间段之后产生，这在我们的共同未决的申请PCT/EP03/00274中公开，所述信号通知用户现在可以读取结果。

将电子读出器与测试载体，例如分析测试条，结合起来用以检测流体样品中分析物的浓度和/或量是公知技术。EP653625就公开了这样一种装置，它利用光学方法获得结果。将EP291194中公开的那种分析测试条插入读出器，使测试条定位在读出器内的光学元件上。从光源如发光二极管发出的光照射测试条，并用光检测器检测反射光或透射光。典型地是，该读出器至少含有一个发光二极管，并且每一个发光二极管都设有相应的光检测器。

US5580794公开了一种完全一次性的一体化分析读出器和横流式分析测试条，凭借读出器中的光学元件，通过测定反射光来获得检测结果。

以上公开的装置，当需要非常灵敏地随着测试试纸条上检测区域上的信号变化而读取最终的测试结果仍然存在很多问题。当多个发光元件照射在狭小的试剂条上的对应区域内，希望从区域内反射或透射的光尽可能的只照射到特定的一个或多个光检测器上而不需要照射到其它的光检测器上，从而保证检测的精确性。另外，在实际使用中，希望照射到光检测器上的光尽可能多的反应测试区域上的信号变化而避免其他杂光对测试结果的干扰。

US7315378虽然提供了一种方法，在发光元件和光检测器之间设置挡板，可以避免发光元件发出的光直接照射到光检测器上而导致最终的读数结果不准确。但是，仍然需要对这些利用光学系统读取试剂条上的测试结果的设备进行改进，特别地，当需要在一个测试条上同时进行多个不同测试结果的化验的时候，需要光电检测器准确的反映所特定测试区域上的信号变化，而避免受到其它非测试区域反射光线的干扰；同时获得对每个测试区域准确的读数成为必须。

为了提供更准确和可靠的设备，最好使用一些附加的技术特征，其可以最大限度的消除来自试剂条上的杂光而让直接反映测试载体上相应区上与测试样本相关的光最大限度的被光检测器检测。另外，最好还可以消除设备内其他非试剂条/测试载体部件的杂光对光电检测器的干扰。

发明内容

本发明提供一设备，可以避免杂光对光检测器的干扰，尽可能多的让来自试剂条或测试载体上的反射或透射的光照射到光检测器上；特别地，尽量让来自测试载体上反映检测区域和/或控制区域信号变化的有效反射或透射光被光电检测器检测，而避免其它杂光的影响。一般的，当使用液体传输载体执行化验的时候，首先需要把液体样本施加在载体上，然后再用读取设备读取载体上的化验结果。在一个优选的例子中，利用光学系统进行化验结果的读取。

一方面，本发明提供一种读取测试载体上测试结果的设备，包括：发光元件，发出光并照射到测试载体上相应的一个或多个区上；阻挡元件，阻挡来自测试载体或非载体上的镜面反射的光照射到光电检测器上。在一个优选的方式中，阻挡元件为挡光元件，阻挡来自测试载体上的镜面反射的光照射到光电检测器上。在另一个优选的方式中，阻挡元件为斜面，该斜面阻挡来自非测试载体上的镜面反射的光照射到光电检测器上。

在一个方式中，设备包括光电检测器，其接收来自测试载体的区上相应的反射或透射光。

在另一个优选的方式中，挡光元件位于测试载体接收发光元件发出的光并形成镜面反射的区域内。这样可以部分或全部阻挡来自测试载体上的镜面反射光被光电检测器检测而避免出现不准确的读取测试载体上的化验结果。

在一些优选的实施方式中，该设备还可以包括一窗口，发光元件的光穿过窗口照射到测试载体上相应的区上；其中发光元件、挡光元件以及窗口的位置满足以下函数关系：其中，S1表示发光元件与窗口的垂直距离；S2表示挡光元件的垂直高度；S3表示挡光元件与发光元件的垂直距离；S7表示窗口的长度。这样可以有效的消除来自试剂条上的镜面反射光照射到光电检测器上，从而减少镜面反射的光对最终测试结果的干扰。在优选的方式中，发光元件、挡光元件以及窗口的位置满足以下函数关系：

$S3=\frac{S7}{S1}\×(2\×S1-S2).$

另一方面，本发明提供一种读取测试载体上测试结果的设备，包括：测试载体，测试载体包括一个或多个区；发光元件，发出光并照射到测试载体上相应的一个或多个区上；挡光元件，阻挡来自测试载体上的镜面反射照射到光电检测器上。在一些实施方式中，发光元件、挡光元件以及测试载体上区之间的位置满足以下函数关系： 其中，S1表示发光元件与测试载体上的区之间的垂直距离；S2表示挡光元件的垂直高度；S3表示挡光元件与发光元件的垂直距离；S7表示发光元件照射到测试载体上形成能光区的长度。优选的，所述的发光元件、挡光元件以及测试载体上区之间的位置满足以下函数关系：

另一方面，本发明还公开一种读取测试载体上测试结果的设备，包括：发光元件，发出光并照射到测试载体上相应的一个或多个区上；斜面，阻挡来自非测试载体上的镜面反射的光照射到光电检测器上。在一个方式中，设备包括光电检测器，其接收来自测试载体的区上相应的反射或透射的光。

在一个优选的方式中，该设备还包括一个挡光元件，阻挡来自测试载体上的镜面反射的光照射到光电检测器上，斜面位于测试载体的下方，并位于挡光元件的左上方。优选的方式中，斜面与发光元件发出的光被挡光元件阻挡后的光的夹角大于或等于90度。

在优选的方式中，

其中，S3表示挡光元件12与发光元件5之间的垂直距离；S1表示发光元件与窗口或测试载体之间的垂直距离；S7表示窗口的长度或照射到载体上光区的长度；S2表示挡光元件12的垂直高度；S4表示斜面的延长线条与发光元件、光电检测器所在的平面的交点E与挡光元件12之间的垂直距离。

附图说明

图1为本发明一个实施方式的读取结构剖面正面视图；

图2为一个实施方式中读取设备中测试载体或窗口、发光元件和挡光元件之间的位置关系剖面结构示意图；

图3为图2中测试载体或窗口、发光元件和挡光元件之间的立体结构示意图；

图4为阻挡来自非载体表面的镜面反射光的斜面与发光元件、窗口或测试载体、挡光元件、光电检测器的位置关系。

图5表示斜面与发光元件发出的光被挡光元件阻挡后剩余的光的不同夹角构成对光电检测器不同的影响的示意图；

图6表示当测试区域为硝酸纤维素膜的时候表面在电子显微镜下的结构图。

附图标记说明

发光元件5，光电检测器7，挡光元件12，测试载体3，液面2，测试区域4，窗口10，斜面20，硝酸纤维素膜的微孔40。

具体实施方式

经过我们研究发现，如图1所示，当没有在测试载体上施加流体样本的时候，测试载体的表面具有多孔结构，在微观上并非水平面，例如图6为硝酸纤维素膜在放大1500倍的电镜下的结构，膜上分布大小不同的微孔40。当发光元件5发光并照射到载体上的时候，一旦有液体在载体上流动，在载体表面自然形成一层很薄的液面2，该液面可以覆盖整个载体或部分载体表面，这个时候发发光元件发出的一部分光在该液面2上就形成镜面反射，另一部分的光透过液面照射到测试载体3的特定区上(例如测试区4，参比区或控制区中的一个或多个)，被这些特定区(例如测试区)吸收并形成漫反射。另外，当没有液体流过载体的时候，也有部分光在载体表面形成镜面反射，虽然相对较少但是仍然存在。除了在测试载体上可能形成镜面反射外，在设备的其他部件中，凡是可能被源自发光元件的光直接或间接(发出的光经过多次反射)照射的地方都有可能形成镜面反射。

其实，检测测试载体上漫反射的变化才能更准确地反映测试载体或载体上的测试结果的变化(例如测试区域和/或控制区域上的颜色变化，标记颗粒的积累，颜色物质的积累等)，而镜面反射几乎不能反应测试液体样本被分析物质(例如HCG，LH)中浓度的变化，这些与测试载体上实际特定区域上信号变化不相关的镜面反射都有可能被光电检测器检测而构成对最终读数结果的干扰。

所以，在设计这类读取设备的时候，让光电检测器尽可能多的接收来自测试载体上的漫反射的光，而尽量不接收镜面反射的光。测试载体上的区可以为测试区上、参考区或控制区中一个或多个区。另外，由于液体在载体上运动有一个先后顺序，一般从测试区移动到控制区域，或者从测试区移动到参比区，再从参比区移动到控制区域。因此载体上液面的形成也存在时间的先后，即使样本中不存在被分析物质，只有液体流动，这样在同一时间内由于各个区镜面反射出现的时间不同的影响，光学系统读取的各个区的数值也会不同，如果一开始就消除来自测试载体上镜面反射的光对光测试器的影响，这样可以让各个区获得测试结果更加归一化。

现结合附图具体说明在读取测试载体上的化验结果的时候，如何避免光电检测器接收杂光的照射，例如镜面反射的照射。例如，在图1中，当发光元件5发出光照射到测试载体3上，一部分光在测试载体3上形成镜面反射，其中b为发光元件的镜像，因此测试载体上形成镜面反射的区域就是β和角度所表示的区域。如果从立体的角度来看，从镜像b点发出的光在发光元件和光电检测器所在的平面形成一个圆形z区，z区为镜面反射的区域。当然，如果测试载体本身的形状不同，则形成Z区的形状也不相同，随着光照射到测试载体上的区域的形状改变而Z区的形状也随着变化。

另外，在设备上还可以包括窗口10，测试载体的区紧靠窗口，则窗口起到限制发光元件发出的光照射到测试载体上的区域的大小和形状，例如窗口为圆形或长方形，则光照射到测试载体的区域就为圆形或长方形。如果把光电检测器7安排在镜面反射所能照射的区域内(例如Z、β或区域)，则镜面反射的光就被检测到，就构成了对读数结果的干扰。为了避免镜面反射的光照射到光电检测器，在镜面反射的区域上，例如Z、β或区域，设置一些挡光元件，用以阻挡镜面反射的光照射光电检测器上。优选的，挡光元件位于发光元件和光电检测器之间。更优选的，例如，挡光元件1以一定的高度可以位于发光元件5和光电检测器7之间，并以一定距离位于发光元件。当然也可以是，挡光元件12以一定的高度位于发光元件5和光电检测器之间，并以D距离位于发光元件，这样可以完全阻挡测试载体上产生的镜面反射光照射到光电检测器上。在实际产品设计中，为了让读数设备更加紧骤，体积更小，尽可能的让发光元件和光电检测器之间的距离缩短，这样可以增加光电检测器检测光的强度，但是这样会让光电检测器常常位于测试载体所形成的镜面反射区域内。所以需要挡光元件阻挡测试载体的镜面反射成为必须或优选的方案之一。

不同的分析系统中，发光元件和测试载体或窗口之间的位置关系处于变化中，这种变化引起镜面反射所形成的区域也不相同。所以当用挡光元件消除测试载体上的镜面反射的时候，根据位置变化可以合适选择挡光元件的位置和/或高度等参数来避免测试载体上的镜面反射。例如发光元件与窗口或测试载体之间的距离、窗口的实际大小就可以确定挡光元件实际的位置。

例如在图2-3中，发光元件距离测试窗口10的垂直距离为S1，而窗口的长度为S7，测试载体紧靠窗口让载体上的区被发光元件照射，在这里测试载体和窗口的距离可以忽略不记，同时窗口的厚度也可以忽略不记。窗口的大小可以限制发光元件照射到测试载体上的面积。当然，也可以认为发光元件距离测试元件3的垂直距离为S1，而光可以照射到测试载体上的光区的长度为S7。A点表示发光元件对于窗口或测试载体的镜像。

假设A点，发光元件所在的位置和挡光元件所在的位置在同一个平面上，发光元件发出的光照射到测试载体或窗口上的光就形成θ角度内的镜面反射区域，为了完全阻挡测试载体上形成的镜面反射照射到光电检测器上，在他们之间设置挡光元件12来阻挡镜面反射。在这样的情况下，挡光元件12的与发光元件5的垂直距离S3(X)与发光元件与窗口或测试载体之间的距离S1，窗口的长度S7之间存在函数关系。具体计算如下：

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{s7}{s1};$

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{x}{2\×s1-s2}$

$x=\tan \mathrm{\θ}\×(2\×s1-s2)\→x=\frac{s7}{s1}\×(2\×s1-s2);$

为了完全阻挡来自测试载体上的镜面反射，需要满足s3≥x；所以得出参考以上公式，在实际设计产品的时候，当其中一些参数被确定的时候，就可以计算出其它剩余部件的位置关系的变化范围，从而缩短产品的开发周期。

更优选的，为了让测试载体上的漫反射可以被光电测试器检测到，挡光元件的垂直高度S2小于发光元件距离测试载体或窗口的距离S1，即s2＜s1。

在这里只是对于一个例子来计算这些部件之间的位置关系，当在立体位置中，发光元件，挡光元件和光电检测器的位置有时候并不在同一个平面上，在这个时候可以通过投影把他们处理在同一个平面内，然后参照上述的方法计算他们的位置函数关系。在这里，这些参数(S3、S1、S2)是指他们的投影在同一个平面上之间的垂直距离。一般的，可以把挡光元件或/和光电检测器投影在发光元件与其镜像之间的线条和任何一条镜面反射的光所在的平面上，然后计算他们只的函数关系。

在另一方面，挡光元件可以实现阻挡来自测试载体上的镜面反射光照射到光电检测器上，但是发光元件发出的光除了照射到测试载体上外，还有一部分光照射到设备的其他部件上，这样其它部件的光经过镜面反射或多次反射的光也可能被光电检测器检测，而这些不是来自测试载体上的光仍然构成光电检测器的杂光，实际影响最后的读数结果。

其中，设计斜面结构20(或者另外的阻挡结构)来避免或消除发光元件发出的光照射到设备的非测试载体上的其他部件上而形成一些反射光被光照射到电检测器上。通过让挡墙结构与发光元件发出的光呈一定的角度可以避免反射或多次反射的光照射到光电检测器上，减少杂光的干扰，让最终读取测试载体上的化验结果更准确。所以，在一个具体的方式中，本发明提供一种读取测试载体上测试结果的设备，包括：发光元件，发出光并照射到测试载体上相应的一个或多个区上；斜面，阻挡来自非测试载体上的镜面反射的光照射到光电检测器上。在一个方式中，设备包括光电检测器，其接收来自测试载体的区上相应的反射或透射的光。该斜面结构可以把发光元件发出的那些没有直接照射到测试载体上的光阻挡在发光元件所在的区域而不进入光电检测器所在的区域并可能被光电检测器检测到。这种检测可以是直接接收来自发光元件的光，也可以是发光元件发出的光照射斜面而形成的光直接照射到光电检测器上，或者发光元件发出的光照射斜面而形成的光经过其它部件多次反射然后照射到光电检测器上。斜面可以位于窗口下方，并位于挡光元件的左上方。

与本发明前述部分公开的阻挡测试载体上的镜面反射的光进入光电检测器的挡光元件结合使用，可以避免所有的镜面反射进入光电检测器中，从而，在利用光电系统读取测试元件上的化验结果的时候，可以避免杂光的干扰。从另外的意思上，就是只让真正反映测试载体上测试信号变化的部分漫反射光被光检测器检测而避免干杂光的干扰。这里的挡光元件和斜面结果可以合称为阻挡元件。

如图4-5，当采用在光电检测器和发光元件之间设置挡光元件12的时候，发光元件5发出的部分光可能照射到非测试载体区域上，例如斜面20上，为了避免杂光进入光电检测器中，需要设置斜面20的角度，让斜面20与发光元件发出的光被挡光元件阻挡后剩余的光之间的夹角大于或等于90°，(图5)，这样就不会有杂光进入光电检测器7所在的区域。例如在图5中，斜面20与发光元件5发出光的夹角为C1(斜面与窗口所在平面为180°)，C2(斜面20与窗口所在平面为钝角)的时候，C1和C2为锐角，这些光可能进入光电检测器7所在区域而形成多次反射后被光电检测器检测到。这些光对光电检测器的干扰最终构成测试载体上读取的测试结果的干扰。当斜面20与发光元件发出的光的夹角为C3的时候，他们的夹角C3大于或等于90°，这个时候几乎所有的来自斜面20的光都不再进入光电检测器所在的区域。这个时候，侧面20位于窗口的下方，挡光元件的左上方。

如图4，为了使斜面20与发光元件5发出的光的夹角(θ≥＝90°)大于或等于90°，需要考虑如下参数的位置关系，因为：θ1+θ2+θ＝180°，所以，θ1+θ2≤90°，

而， $\tan \mathrm{\θ}2=\frac{s3}{s2};$ $\tan \mathrm{\θ}1=\frac{s3+s4-s7}{s1}\→\mathrm{\θ}2=\arctan \frac{s3}{s2};$ $\mathrm{\θ}1=\arctan \frac{s3+s4-s7}{s1},$ 所以，

其中，S3表示挡光元件12与发光元件5之间的垂直距离；S1表示发光元件与窗口或测试载体之间的垂直距离；S7表示窗口的长度或照射到载体上光区的长度；S2表示挡光元件12的垂直高度；S4表示斜面20的延长线条与发光元件、光电检测器所在的平面的交点E与挡光元件12之间的垂直距离。

更优选的，为了让测试载体上的漫反射可以被光电测试器检测到，挡光元件的最高点与斜面的垂直距离至少要大于零。

本发明所描述的测试载体包括在中国专利申请号，200910126658.3中公开的试剂条、横流免疫分析装置、横流式分析测试条、多孔载体。这种测试载体也包括在欧洲专利EP291194中公开的试剂条结构。另外，根据实际，本发明所公开的分析结构读取设备还可以包括光学读取系统，这种系统在申请号200910126658.3或200410063910.0，申请日2004年6月4日的中国专利申请中有详细的描述。这些公开的文献中每一个具体的实施方式都可以和本发明公开的方案结合而构成本发明的技术方式，而成为本发明的一部分。

根据实际，本发明所公开的分析结构读取设备，如果分析测量信号超过上限值或低于下限值，读取设备也可以包括在完成分析前公布分析结构的系统。这种系统在申请号10/741416，申请日2003年12月19日的美国专利申请中有详细的描述。这些公开的文献中每一个具体的实施方式都可以和本发明公开的方案结合而构成本发明的技术方式，而成为本发明的一部分。

本发明所公开的分析结构读取设备，也可以包括检测流体样品流速或经过测试载体上两个所需要的时间的系统。这种系统在申请号10/742456，申请日2003年12月19日的美国专利申请中有详细的描述。这些公开的文献中每一个具体的实施方式都可以和本发明公开的方案结合而构成本发明的技术方式，而成为本发明的一部分。

Claims (7)

1.一种读取测试载体上化验测试结果的设备，包括:

发光元件，发出光并照射到测试载体上相应的一个或多个区上；

挡光元件，阻挡来自测试载体上的镜面反射的光照射到光电检测器上，其中，

所述的镜面反射是由测试载体上存在液体而形成的；

所述的设备还包括窗口，发光元件发出的光通过窗口照射到测试载体上；

所述的发光元件、挡光元件以及窗口的位置满足以下函数关系:S3≧2xS7-S7xS2÷Sl，其中，Sl表示发光元件与窗口之间的垂直距离；S2表示挡光元件的垂直高度；S3表示挡光元件与发光元件之间的垂直距离；S7表示窗口的长度。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述的发光元件、挡光元件以及窗口的位置满足以下函数关系：S3＝2xS7-S7xS2÷Sl。

3.一种读取测试载体上测试结果的设备，包括:

测试载体，测试载体包括一个或多个区；

发光元件，发出光并照射到测试载体上相应的一个或多个区上；

光电检测器，接收来自测试载体上一个或多个区上的光；

挡光元件，阻挡来自测试载体上的镜面反射的光照射到光电检测器上，其中，

所述的镜面反射是由测试载体上存在液体而形成的；

所述的发光元件、挡光元件以及测试载体上区之间的位置满足以下函数关系:S3≧2xS7-S7xS2÷Sl，其中，Sl表示发光元件与测试载体上区之间的垂直距离；S2表示挡光元件的垂直高度；S3表示挡光元件与发光元件的垂直距离；S7表示发光元件发出的光照射到测试载体上形成光区的长度。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述的发光元件、挡光元件以及测试载体上区之间的位置满足以下函数关系：S3＝2xS7-S7xS2÷Sl。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，挡光元件位于测试载体上的区所产生的镜面反射光的区域内。

6.根据权利要求1-5之一所述的设备，其中，挡光元件阻挡来自测试载体上的液体形成的液面所形成的镜面反射光照射到光电检测器上。

7.根据权利要求1-5之一所述的设备，其中，所述的载体为多孔载体。