CN104136921A - 借助侧流测定物电化学分析液态试样的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种借助侧流测定物(Lateral Flow Assays)电检验液态试样(5)的装置(1)和方法。侧流测定物包括一个薄膜(4)，它设置在第一托座(2)前侧面上。第一托座(2)设计为电绝缘。在托座(2)与薄膜(4)之间的第一托座(2)前侧面上，导电的电极(3)设置为与薄膜(4)直接接触。

Description

借助侧流测定物电化学分析液态试样的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种借助侧流测定物(Lateral Flow Assays)电检验液态试样的装置和方法，其中，Lateral Flow Assays包括一个薄膜，它设置在第一托座前侧。第一托座设计为电绝缘，以及在第一托座上设置导电的电极。
背景技术
在试管内诊断(IVD)中广泛流行侧流测定物。它们操作简单并且非常便宜。侧流测定物的缺点是灵敏度低，多路性差和对结论不良的定量能力。
采用光学、磁学和电学方法可以达到良好的定量能力，然而迄今这只是在很低的多路性的情况下，多路性是指同时或模拟测量多个在空间分离的测量点。
由US6896778已知一种装置，在此装置中为了达到良好的多路性，将金电极在电绝缘托座一些孔的上方排布成阵列，以及这些孔充填了在空间彼此隔离的、用聚合物/微纤维基质材料制的薄膜。这种薄膜是离子选择性的，以及例如不适用于免疫测定中的免疫传感器。
在免疫测定中使用捕集抗体时，它们必须直接在金电极或传感器上固定不动。在一种与在US6896778中介绍的由绝缘层和金电极组成的托座层合装置，其中金电极在绝缘层内的孔上方排布成阵列形式，类似的装置中，通过周围的绝缘层在金电极上方分别造成小的空穴。在将液体直接或通过作为薄膜的侧流纸施加在装置上时，在空穴的区域内形成气泡，在测量时这些气泡导致各个具有空气夹杂的电极失效。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，提供一种电检验液态试样的装置和方法，它们在具有很高的灵敏度和定量能力的同时，能够实现良好的多路性。在这里，良好的多路性理解为多路性例如在3至10路(传感器)的范围内。本发明的目的尤其是提供一种能可靠测量的装置和方法，尤其在电极上面没有干扰性空气夹杂。
上述有关借助侧流测定电检验液态试样的装置的技术问题通过权利要求1的特征部分得以解决，以及有关借助上述装置电检验液态试样的方法方面的技术问题，通过权利要求11的特征部分得以解决。
由各自相关的从属权利要求得出本发明的借助侧流测定电检验液态试样的装置以及借助上述装置电检验液态试样的方法的有利的扩展设计。在这里，独立权利要求的特征可以与从属权利要求的特征组合，以及从属权利要求的特征可以互相组合。
按本发明的借助侧流测定物电检验液态试样的装置包括一个薄膜，该薄膜设置在第一托座前侧面上。第一托座设计为电绝缘以及在第一托座上设计导电的电极。在托座与薄膜之间的第一托座前侧面上，电极设置为与薄膜直接接触。
通过将电极设置在第一托座前侧面上，亦即在那里也设置薄膜的那一侧，电极可以设计为与薄膜直接接触。由此防止形成例如在上述现有技术中存在的空腔或空穴。薄膜平放在电极上时接触面最大，以及在薄膜上施加用于分析的液态试样时使电极与液态试样直接接触。通过电极与薄膜直接接触，并因而也通过电极与液态试样直接接触，防止形成会妨碍或完全阻碍测量的气泡或空气夹杂。由此能可靠测量试样，而且这是在试样的多路测量(用多个传感器同时测量)和有很高灵敏度和定量能力的情况下达到的。
薄膜设计为一个闭合层，电极，尤其全部电极通过它互相连接。由此可以实现侧向的液体输送(Lateral Flow)可以完全经过薄膜，尤其经过全部电极。
薄膜可以包括或是一种尤其用硝化纤维制成的侧流纸。侧流纸具有高的孔隙率和能良好地吸收液态试样，并将其顺利地输送给电极，在那里导致用要检验的试祥液体良好润湿电极。由此通过在电极之间充分吸收液态试样的薄膜可以实现良好的电接触。硝化纤维比较便宜和用作具有前面已说明的性质的薄膜。
电极可以是尤其用金制成的金属电极。用金属制成的电极通常比较稳定，而尤其金电极可以良好使用于电化学，因为它们可导致时间上稳定的测量信号以及基本上化学惰性。
电极可以在托座的前侧面、尤其在一个其中没有设置薄膜的边缘区内导电触点接通。当后侧面例如通过封装达到不良电接触时，这带来突出的优点。
但托座也可以分别在各电极的区域内具有从前侧面到后侧面贯穿其厚度的孔，电极通过所述孔从托座前侧面到后侧面导电地触点接通。由此可以防止例如在托座前侧面与试样液接触时在电极触头之间电短路。
托座可以包括多个绝缘层，尤其聚合物层和/或通过层合互相连接的层。用聚合物制成的层合式托座例如是印刷电路板，它们能经济地生产。
薄膜可以夹层式地设置在和第一托座的导电的电极(工作电极)直接接触的第一托座前侧面，与和第二托座后侧面上的至少一个电极(对应电极)，尤其正好一个电极直接接触的第二托座的后侧面之间。这种配置可以实现一种紧凑的结构，以及短的路程经过电极之间的薄膜，从而在工作电极与对应电极之间形成电压。
在第一托座前侧面上的每个电极，尢其通过用于测量电流和/或电压和/或电容的电测量仪器或测量装置，分别与在第二托座后侧面上的至少一个电极导电接通。在第一托座前侧面上的这些电极可以前后排列成行或排列成阵列的形式。由此可以进行电化学测量，以及能类似于色谱法中的光学测量，实施在薄膜内液态试样空间分辨的电化学测量。
按本发明用于电检验液态试样的方法借助上述装置实现。将液态试样施加在薄膜上以及尤其借助毛细力使液态试样经过薄膜向电极运动。薄膜将电极相互连接，尤其在薄膜被电化学地充填液体的情况下。尤其正好一个薄膜将尤其全部电极互相连接。由此保证在这些电极之间的导电液体通过薄膜能良好地导电。
所述装置按侧流法(Lateral Flow Verfahren)促使在空间和/或时间上类似于色谱法离析所述液态试样内的物质，或用不同的捕集分子固定在不同地点。所述在空间和/或时间上的离析可以通过电极以电流变化和/或电压变化和/或电荷变化的形式来电化学测量。
在上述结构中薄膜可以与电极直接接触。每个电极与薄膜的接触面总是可以用液态试样完全润湿，尤其在电极上面没有空气夹杂。由此保证通过电极良好地电化学测量，因为例如直接在电极上的气泡会阻止或至少妨碍电化学测量。
液态试样可以是一种生化试样，尤其是一种体液。可以检查例如尿、血或它们的分解物(Aufschlüsse)。
与采用这种借助上述装置电检验液态试样的方法相关联的优点，类似于前面针对借助侧流测定物电检验液态试样的装置已说明的优点。
附图说明
下面借助附图详细说明本发明优选的实施形式和按从属权利要求特征所述的有利的扩展设计，然而并不限于此。附图中：
图1示意表示通过用于电检验液态试样5的按现有技术的装置1剖开示出的剖视图，包括层合式电极3和设置在它上面的离子选择性薄膜4；
图2示意表示通过用于电检验液态试样5的按本发明的装置1剖开示出的剖视图，包括用于Lateral Flow Assays的层合式电极3，其中电极3在托座2与薄膜4之间设置在托座2前侧；
图3示意表示通过类似于图2所示装置1剖开示出的剖视图，包括多个前后排列成行的电极3，以及在装置1后侧没有电触头6；
图4示意表示图3所示装置1的俯视图，包括一条侧流纸4，它在电极3上铺放为，保持空留出侧面区用于电触头6；以及
图5示意表示通过类似于图3所示装置1的剖视图，包括通过对应电极9设置在薄膜4上的第二电极托座8以及测量装置10，它们分别与第一托座2的工作电极3和第二托座8的对应电极9连接。
具体实施方式
在图1中表示的用于电检验液态试样5按现有技术的装置1具有电极阵列的层合电极3。用剖视图示意表示装置1。电极3设置在第一托座2下方，托座2类似于印刷电路板例如由层合的聚合物层构成，在这里，电极3例如作为金层层合在托座2上。但电极也可以例如胶粘或电镀。
在电极3上方的托座2内加工一个贯穿托座2的孔。它可以例如以钻孔或铣孔的形式制成例如圆形。在与电极3接触时，在孔内设置一个薄膜4作为离子选择性层，它在孔内完全覆盖电极3的自由表面。
电极3从后侧，亦即从电极3与薄膜4相对置的和未被薄膜4覆盖的那一侧，通过电触头6电触点接通。在薄膜4上和托座2的在其上没有设置电极3并与在托座2上有电极那一侧相对置的那一侧上，导引液态试样5，它通过薄膜4与电极3电化学接触。这意味着，离子可以从液态试样5通过薄膜4向电极3运动。
为了简化起见，没有示出的对应电极与液态试样5电接触。在对应电极与起工作电极作用的电极3之间，通过没有表示的测量装置10可以测量在电极3上的电流变化和/或电压变化和/或电荷变化。测量根据液态试样5进行，以及用于分析试样5。测量可以与试样流量和/或时间有关地进行，并得出有关试样5成分或化学/生化组成部分的说明。例如血、尿或其他体液可以用作试样5。但也可以检验其他液体，直至气体。
图1中表示的装置1可以使用在传感器阵列中或传感器的其他布局中，例如排列成行的传感器。电极3意味着是传感器。对于可靠测量重要的是，没有液体5到达第一托座2有电极3的那一侧，电触头6处于这一侧。
上述结构的缺点是离子选择性薄膜4。这种薄膜4不适用于例如免疫传感器。复杂的结构导致高昂的生产成本以及难以操作。
图2示意表示通过用于电检验液态试样5的按本发明的装置1剖开示出的剖视图。类似于上面针对现有技术说明的装置1，电极3设置在层合式第一托座2上。薄膜4设置在电极3前侧面上，它按照本发明与电极3和托座2相接触的那一侧相对。薄膜4例如是侧流纸，它平铺在电极上。
在图2所示的实施例中，电极3通过在电极3后侧面上的电触头6电触点接通。在电极3所在区域的后侧在层合式托座2内有一个孔，电触头6穿过该孔一直伸到电极3。如在后面的说明中那样，电极3也可以从前侧触点接通。
图3和图4表示按本发明的装置1的实施例，其中电极3的电触头6可以设置在前侧面的侧面。在图3中示意表示通过类似于图2所示装置1剖开示出的剖视图，但有多个在图2中表示的电极3，它们前后排列成行。电极3也可以例如矩阵式排列在第一托座2上成为阵列。
图4表示图3所示装置1的俯视图，包括排成一行7的电极3。例如由侧流纸构成的薄膜4成条状地以这样的方式设置在电极3上，亦即保持空留出电极3的侧面区，用于电触头。在所述的侧面区内，可以在每个电极3上分别安置一个电触头6，为了简化起见，它们在图中没有表示。
图5用示意剖视图表示用于电测量的结构，包括在图3和图4中表示的按本发明的装置1。在薄膜4上通过电极9设置第二托座8，其中，薄膜4直接接触地平铺在电极9上。电极9用作对应电极。在薄膜4下方排列一行电极3，它们用作工作电极以及设置为与薄膜4直接接触。如已经在图2至图4中表示的那样，电极3设置在托座2上。因此薄膜4夹层状处于在第一托座2上的电极3与电极9之间，电极9平放在第二托座8上。
如图5示意表示的那样，为了测量，电极9分别通过电测量仪或测量装置10与每个电极3连接。在这里，电极3、9与在图2中表示的一样，可以从有托座2、8的那一侧，通过托座2、8内的孔电触点接通，或如针对图4说明的那样，从电极3、9与薄膜4直接接触的那一侧电触点接通，不过是在电极3、7的一个其中没有设置薄膜4的区域内。
若薄膜4，例如用硝化纤维制成条状或其他形状的侧流纸，被施加例如血或尿，则例如由于薄膜4的多孔结构使试样5运动到薄膜4内和运动通过薄膜4。因此薄膜4被试样5“充填”。由于试样5能导电，所以与薄膜4直接接触的电极3、9互相电或电化学接通，并分别通过在各个作为工作电极的电极3与作为对应电极的电极9之间的测量装置10形成一个闭合的电路。通过电化学测量，在电极3排列成电极阵列或成行排列时，可以在空间和时间上分辨地检测液态试样的成分。由此可以在各个电极3上位置相关地，亦即在电极3所在的地点，通过电流、电压和/或电容测量，电化学测量得出有关处于此地点的试样5的说明。
类似色谱检验，可以分析试样成分，或捕集分子可以固定在各自电极3上不动，例如不同的捕集分子在不同的电极3上，以及可以证实在试样5内的各种物质。捕集分子也可以在电极3上方薄膜4内的区域中空间分布地固定不动。由此按本发明的装置1可使用于免疫测定。
电极3、9如附图中表示的那样，尤其参见图5，可以使用在包括工作电极3和对应电极9的测量结构中。还可以附加使用至少一个基准电极RE，为了简化在图中没有表示。作为电极可以使用尤其用金或铂制成的金属层，或例如作为基准电极可使用银/银-氯化物层或银/银-氯化物电极。也可以是在电化学中常用的其他测量结构。
上述实施例可以组合使用。这些实施例也可以与由现有技术已知的实施例组合。因此作为薄膜4除了例如用硝化纤维制成的侧流纸外，也可以使用由聚偏氟乙烯、经静电处理的聚酰胺或聚醚砜制成的薄膜4。电极3、9可以平放在托座2、8上，或有某种空间结构、前后排列成行、按由n行和m列组成的n×m矩阵的阵列形式，或也采用不同的剖面高度。

Claims (14)

1.一种借助侧流测定物电检验液态试样(5)的装置(1)，其中，侧流测定物包括薄膜(4)，该薄膜设置在第一托座(2)前侧面上，以及其中，第一托座(2)设计为电绝缘以及在第一托座(2)上设置导电的电极(3)，其特征为：在托座(2)与薄膜(4)之间的第一托座(2)的前侧面上，电极(3)设置为与所述薄膜(4)直接接触。
2.按照权利要求1所述的装置(1)，其特征为，所述薄膜(4)设计为一个闭合层，所述电极(3、7)，尤其全部电极(3、7)通过它互相连接。
3.按照前列诸权利要求之一所述的装置(1)，其特征为，所述薄膜(4)包括尤其用硝化纤维制成的侧流纸。
4.按照前列诸权利要求之一所述的装置(1)，其特征为，所述电极(3、7)是尤其用金制成的金属电极。
5.按照前列诸权利要求之一所述的装置(1)，其特征为，所述电极(3、7)在所述托座(2、8)的前侧面上，尤其在其中没有设置薄膜(4)的边缘区内电触点接通。
6.按照权利要求1至4之一所述的装置(1)，其特征为，所述托座(2、8)分别在各电极(3、7)的区域内具有从前侧面到后侧面贯穿其厚度的孔，电极(3、7)通过所述孔从托座(2、8)前侧面到后侧面导电地触点接通。
7.按照前列诸权利要求之一所述的装置(1)，其特征为，所述托座(2、8)包括多个绝缘层，尤其聚合物层和/或通过层合互相连接的层。
8.按照前列诸权利要求之一所述的装置(1)，其特征为，所述薄膜(4)夹层式地设置在和第一托座(3)的导电的电极(3)直接接触的第一托座(2)前侧面，与和第二托座(8)后侧面上的至少一个电极(7)，尤其正好一个电极(7)直接接触的第二托座(8)后侧面之间。
9.按照权利要求8所述的装置(1)，其特征为，在第一托座(2)前侧面上的每个电极(3)，尢其通过用于测量电流和/或电压和/或电容的电测量装置(10)，分别与在第二托座(8)后侧面上的至少一个电极(7)导电接通。
10.按照前列诸权利要求之一所述的装置(1)，其特征为，在第一托座(2)的前侧面上的电极(3)前后排列成一行(7)或排列成阵列的形式。
11.一种利用按照前列诸权利要求之一所述的装置(1)电检验液态试样(5)的方法，其特征为：将所述液态试样(5)施加在薄膜上以及尤其借助毛细力使所述液态试样经过薄膜向电极(3、7)运动，其特征在于，所述薄膜(4)，尤其正好一个薄膜(4)，将所述电极(3、7)，尤其全部电极(3、7)，相互连接。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征为，所述装置(1)按照侧流法促使在空间和/或时间上离析所述液态试样(5)内的物质，所述在空间和/或时间上的离析通过电极(3、7)以所述液态试样的电流变化和/或电压变化和/或电荷变化的形式来测量。
13.按照权利要求11或12之一所述的方法，其特征为，将所述薄膜(4)与所述电极(3、7)直接接触，以及使每个电极(3、7)与薄膜(4)的接触面总是用液态试样(5)完全润湿，尤其没有空气夹杂。
14.按照权利要求11至13之一所述的方法，其特征为，所述液态试样(5)是一种生化试样(5)，尤其是一种体液。
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