CN1207393C - 用于分析物测定的试剂测试条带 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了试剂测试条带以及利用其测定生理样本中分析物例如葡萄糖浓度的方法。本发明所述试剂测试条带包括分析物氧化信号生成系统中的一个或多个成员以及至少一种溶血剂。所述试剂测试条带和方法适于检测血糖浓度。本发明还提供了包括所述测试条带用于实施本发明所述方法的试剂盒。

Description

用于分析物测定的试剂测试条带
发明领域
本发明的领域是分析物测定,具体地说是血液分析物的测定,更具体地说是血液葡萄糖的测定。
背景
体液,例如血液或血浆等血液制品中分析物的检测在当今社会中重要性日益增强。分析物检测试验可用于多种用途和场合,包括临床实验室测试、家庭测试等,这些测试的结果对多种疾病的诊断及控制起着决定性的作用。重要的分析物包括对糖尿病控制有重要意义的葡萄糖,反映心血管病情的胆固醇,等。正是由于分析物的检测日益重要,因而发展出了一系列临床用及家用的分析物检测方法和设备。
多数分析物检测试验基于过氧化氢的生成及其后续检测。可用该试验检测的分析物包括:胆固醇、甘油三酯、葡萄糖、乙醇和乳酸。例如,利用所述试验首先用葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖产生葡(萄)糖酸和过氧化氢,定量测定葡萄糖。得到的过氧化氢,与过氧化酶联合,可以引发一种或多种有机底物的转化,即指示剂转化为生色产物,然后检测该产物,并在其与初始样本中葡萄糖浓度之间建立相关关系。
以过氧化氢为基础的试验,例如上述葡萄糖测试试验,面临红细胞成分存在带来的问题,例如过氧化氢酶的存在,这样会干扰过氧化氢酶为基础的反应,从而改变(例如减弱)最后获得用来推断分析物浓度的信号。因此,现已发展的多种不同方法,都设计成至少要减少下述原因可能导致的分析误差,即溶血引发干扰试验结果的红细胞成分的释放导致的分析误差。这类方法包括:过滤、过滤结合抑制剂的添加、过滤和红细胞的俘获、以及使用非对称不溶血膜。
尽管这类方法可部分消除溶血带来的分析误差,但是并不能令人完全满意。例如,过滤一般需要较长的试验时间,样本的规模也会超过实际需要。
因此,长期以来一直都在寻求发展可用于分析物检测的新的设备及方法。具体而言,就是要发展这样一类仪器和方法,所述仪器和方法可以减小源于溶血的分析误差,而且所需样本体积小,从而实现快速测定。
相关文献:
相关的美国专利包括:4,297,238;5,258,047;5,563,042;5,753,452;5,789,255;5,843,691;5,866,349;5,968,836和5,972,294。另外的相关文献有:WO 90/12889;WO 90/12890;JP 3180762;JP 62296987;和EP 0 638805。
发明概述
本发明提供了试剂测试条带及其用于测定生理样本中分析物,例如葡萄糖浓度的方法。所述试剂测试条带包括分析物氧化信号生成系统中的一个或多个成员,以及至少一种溶血剂。所述试剂测试条带及方法特别适用于检测血液中葡萄糖的浓度。本发明还提供了用来实施所述方法其中包括所述测试条带的试剂盒。
附图简述
图1图示了测试反应中溶血的影响。
图2a图示了溶血剂不存在时血细胞比容对测试反应的影响,而图2b图示了存在0.25%CTAC(N-十六烷基三甲基氯化铵)时血细胞比容对测试反应的影响。
图3和4图示了不存在CTAC以及0.25%CTAC存在下,总血糖浓度为390mg/dL时,观察到的测试结果及反应动力学。
图5和6图示了不存在Triton X-100(聚氧乙烯-10-辛基酚醚)以及0.25%Triton X-100存在下,总血糖浓度为390mg/dL时,观察到的测试结果及反应动力学。
图7和8图示了不存在Brij-58(聚氧乙烯-20-十六烷基醚)以及0.50%Brij-58存在下,总血糖浓度为390mg/dL时,观察到的测试结果及反应动力学。
图9图示了不存在Lubrol PX(聚氧乙烯-9-十二烷基醚)以及0.50%Lubrol PX存在下,总血糖浓度为390mg/dL时,观察到的测试结果及反应动力学。
图10图示的是不存在CTAC以及0.25%CTAC存在下,血糖浓度为0.0mg/dL的60%Hct血液中观察到的K/S的变化。
图11图示的是不存在CTAC以及0.25%CTAC存在下,血糖浓度为30mg/dL的60%Hct血液中观察到的K/S的变化。
具体实施方案的描述
本发明提供了用于测定生理样本如血液中分析物例如葡萄糖浓度的试剂测试条带。所述测试条带包括一种多孔基质,分析物氧化信号生成系统中的一个或多个成员以及至少一种溶血剂。在用所述测试条带测定分析物浓度中,将生理样本应用于所述测试条带。然后,对出现的信号生成系统的生色产物进行检测,并在其与样本中分析物浓度之间建立相关关系。本发明还提供了用于实施部本发明所述方法的试剂盒,所述试剂盒至少包括所述试剂测试条带。在对本发明进一步描述中,我们将更为详细地讨论所述测试条带及其使用方法,然后对所述试剂盒作一概述。
在对本发明进一步描述之前,本领域技术人员应当理解的是本发明不仅限于本发明中的下述具体实施方案,因为可以改动得到这些具体实施方案的变体,而且这些变体仍然落在所附权利要求的范围之内。本领域技术人员还应理解的是,所用的术语旨在对具体实施方案进行描述,而不应理解为对本发明的限制。相反,本发明的范围是由所附权利要求设定的。
在说明书和所附权利要求中,除上下文有清楚的阐述外,单数的引用也包括复数在内。除另有限定,本发明使用的所有技术和科学术语与本发明所属技术领域普通技术人员的通常理解的含义相同。
试剂测试条带
如上所述,本发明所述试剂测试条带的特征为具有至少下述成分:一种多孔基质、分析物氧化信号生成系统的一个或多个成员、以及至少一种溶血剂。下面将对这些每个成分单独作更为详细的描述。
多孔基质
本发明所述测试条带中使用的基质为惰性多孔基质,该基质可为下文所述信号生成系统中的各个成员以及信号生成系统产生的光吸收产物或生色产物即指示剂提供支撑。所述情性多孔基质被设计成可为生理样本,例如血液提供场所,以及为信号生成系统指示剂产生的光吸收物质的检测提供应用和场所。因此,所述惰性多孔基质是这样一种基质,它允许水流流动,并且能够为要信号生成系统化学反应的发生提供足够的空闲空间。现已开发了可用于各种分析物检测试验的多种不同的多孔基质,所述基质可在材料、孔大小、尺寸等方面有所不同,其中代表性的基质包括下列文献中描述的基质,4,734,360;4,900,666;4,935,346;5,059,394;5,304,468;5,306,623;5,418,142;5,426,032;5,515,170;5,526,120;5,563,042;5,620,863;5,753,429;5,573,452;5,780,304;5,789,255;5,843,691;5,846,486;5,968,836和5,972,294;在此引入作为参考。理论上讲,多孔基质的特性对所述测试条带来说并不关键,因而应根据其他因素来选择,包括用来阅读测试条带的装置的特性,便利程度等。因此,测试条带的尺寸和孔隙率可以大幅变化,其中所述基质可以有也可以没有孔隙率梯度,例如样本应用区的孔或其附近的孔较大,检测区的孔较小。用来制造基质的材料可有多种多样,包括聚合物,例如,聚砜、聚酰胺、纤维素或吸水纸等,可使所述材料具有或不具有如下功能:即为信号生成系统的各种膜提供共价或非-共价连接,更详细的描述见下文。
信号生成系统
除多孔基质外,所述测试条带还包括信号生成系统的一个或多个成员,该系统能响应存在的分析物产生可检测产物,然后可以从可检测产物推算出检测样本中分析物的含量。在所述测试条带中,信号生成系统的一个或多个成员被共价或非-共价连接到多孔基质的至少一部分(即检测区)上,在多种实施方案中连接到所有的多孔基质上。
所述信号生成系统是一种分析物氧化信号生成系统。所述分析物氧化信号生成系统是指,从检测到的信号推算出样本中分析物浓度,所述分析物被一合适的酶氧化产生分析物的氧化形式以及相应成比例量的过氧化氢。然后,反过来用过氧化氢从一个或多个指示剂化合物中产生可检测产物,其中信号生成系统产生的可检测产物的量,即信号,然后在信号与初始样本中分析物量之间建立相关关系。因此,本发明所述测试条带中的分析物氧化信号生成系统也可以正确的表述为以过氧化氢为基础的信号生成系统。
上述的过氧化氢为基础的信号生成系统包括一种酶,该酶可氧化分析物生成相应量的过氧化氢,相应量是指过氧化氢的生成量与样本中分析物的含量成比例。这第一种酶的具体特性取决于待分析物的特性,但是通常为氧化酶。因此,这第一种酶可以是:葡萄糖氧化酶(此时分析物为葡萄糖);胆固醇氧化酶(此时分析物为胆固醇);乙醇氧化酶(此时分析物为乙醇);乳酸氧化酶(此时分析物为乳酸)等。与这些或其他目的分析物一起使用的其他氧化酶为本领域技术人员已知,它们也可以使用。在那些优选实施方案中,所述测试条带设计为葡萄糖浓度的检测,第一种酶为葡萄糖氧化酶。所述葡萄糖氧化酶可以从任一便捷途径获得,例如,黑曲霉或青霉等天然生成途径,或者重组制备。
所述信号生成系统中的第二种酶,在过氧化氢存在下,能催化一种或多种指示剂化合物转变为可检测产物,其中反应生成的可检测产物的量与过氧化氢的存在量成比例。这第二种酶通常为过氧化物酶,合适的过氧化物酶包括:辣根过氧化物酶(HRP)、大豆过氧化物酶、重组制备的过氧化物酶以及具有过氧化物酶活性的合成类似物,等。参见,例如,Y.Ci,F.Wang;Analytica Chimica Acta,233(1990),299-302。
指示剂化合物,例如底物,是这样一类物质,它们在过氧化氢酶存在下生成或分解过氧化氢从而产生可吸收预定波长范围的指示剂染料。优选地,所述指示剂染料强吸收波长不同于样本或测试试剂强吸收的波长。所述指示剂的氧化后的形式可以是有色、弱色或无色的终产物,该产物显示了膜测试这一侧颜色的变化。也就是说,测试试剂可以通过有色区漂白或者无色区现色来表明样本中葡萄糖的存在。
可用于本发明的指示剂化合物包括单组分或两组分生色物底物。单组分系统包括芳族胺、芳族醇,丫嗪,和联苯胺,例如四甲基联苯胺-HCI。合适的两组分系统包括这样的系统,其中一组分为MBTH、MBTH衍生物(参见例如顺序号为No.08/302,575的美国专利申请),或4-氨基安替比林,而另一组分为芳族胺,芳族醇,共轭胺,共轭醇或芳香族或脂肪族醛。两组分系统的实例有:3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙盐酸盐(MBTH)加3-二甲氨基安香息酸(DMAB);
MBTH加3,5-二氯-2-羟基苯磺酸(DCHBS);以及3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙N-磺酰基苯磺酸单钠(MBTHSB)加8-苯胺-1萘磺酸铵(ANS)。在特定实施方案中,染料对THSB-ANS是优选的。
而在另一些实施方案中,可以使用能够产生荧光可检测产物(或可检测的非-荧光底物,例如在荧光背景下)的信号生成系统,例如下列文献中所述的系统:Kiyoshi Zaitsu,Yosuke Ohkura:新的辣根过氧化物酶生荧光底物:对于过氧化氢和过氧化氢酶的快速敏感测定。AnalyticalBiochemistry(1980)109,109-113。
溶血剂
本发明所述试剂测试条带的一个特征是存在至少一种溶血试剂。所述溶血试剂是指能够溶解红细胞的试剂。任一便利的溶血试剂都可使用,本领域技术人员已知的有多种不同的溶血试剂。感兴趣的代表性试剂包括离子表面活性剂、包括阴离子和阳离子,以及非离子型表面活性剂,感兴趣的具体表面活性剂包括:十二烷基硫酸钠,十六烷基三甲基溴化铵,月桂肌氨酸或牛磺甘胆酸盐,烷基酚聚乙二醇醚,例如,聚氧乙烯-10-辛基酚醚(Triton@X 100),聚氧乙烯-7.8-辛基酚醚(Triton@X 114),聚氧乙烯-10-壬基酚醚(Renex(E)690),聚氧乙烯-9-壬基酚醚(Renex@680);N-十六烷基三甲基氯化铵;Brij-58;Lubrol PX,等。其他可以使用的试剂包括:磷脂酶,溶血皂角苷,亲水性单糖、二糖或三糖与10-16碳脂族烃的化合物(参见,PCT/SE90/00272,该文献内容在此引入作为参考)硅胶,硅酸,羟基磷灰石晶体,等。
所述试剂测试条带可以包括一种溶血剂,或者可以包括两种或多种不同类型的溶血剂,例如多种不同溶血剂。所述测试条带包括一种以上即多种溶血剂时,条带通常包括2~5种不同溶血剂,经常为2~4种不同溶血剂。测试条带中包括的一种或多种溶血剂总量的选择标准是,在施加样本后最终存在于检测区的样本如血浆中,溶血产物占样本体积至少约5%,通常至少约8%,多数实施方案中至少约10%溶血产物。特定实施方案中,测试条带中溶血剂的量足以使使用过程中出现在检测区的样本如血浆中有约5~40%,通常约8~30%,更通常为约10~20%(体积比)的溶血。样本中产生需要溶血所必需的溶血剂的量,本领域技术人员凭经验可以容易地测定出来。
本发明所述试剂测试条带可用任一便利方法制备而成。制备所述测试条带的一种便利方法是,将多孔基质浸入到一种或多种流体组合物中,该组合物包含多种试剂,这些试剂在最终测试条带中要同基质结合。所述液态组合物通常是含水组合物,其中包括一种或多种必需试剂,以及任选地其他成分,包括助溶剂(例如有机助溶剂如甲醇、乙醇、异丙醇)等。这类实施方案中,多孔基质要没入或浸入的液态组合物中的氧化酶浓度,例如葡萄糖氧化酶,为约1500U/mL~800U/mL,通常为约990U/mL~970U/mL;过氧化物酶浓度一般为约1500U/mL~800U/mL,通常为约1050U/mL~900U/mL;溶血剂浓度一般约0.1%(w/v)~0.5%(w/v),通常约0.15%(w/v)~0.25%(w/v)。下面实验部分提供了如何制备所述试剂测试条带的更为详细的代表性方法。
方法
本发明还提供了使用所述测试条带测定生理样本中分析物浓度的方法。多种不同的分析物都可以用所述测试条带来检测,代表性的分析物包括葡萄糖、胆固醇、乳酸、乙醇等。多数优选实施方案中,用所述方法测定生理样本中葡萄糖的浓度。尽管理论上可以用所述方法测定多种不同生理样本例如尿液、泪液、唾液等中分析物的浓度,这些方法特别适于测定血液或血液成分中分析物的浓度,例如取自血液的样本,更具体的是全血中分析物浓度。
在实施本发明方法中,第一步是将一定量的生理样本应用到上述的测试条带。应用到测试条带上的生理样本的量可以各不相同,但是一般约2μL~40uL,通常约5μL~20μL。由于本发明所述测试条带的特性,如果测定的是血糖浓度,那么应用到测试条带的血样规模可以相对很小,血样规模约2μL~40μL,通常约5μL~20μL。血液是生理样本时,多种不同血细胞比容的血样都可以用所述方法测定,所述血细胞比容约20%~65%,通常约25%~60%。
将样本应用到测试条带后,所述样本可以与信号生成系统的膜反应产生一可检测产物,该产物在量上与样本中的初始量成比例。然后测定可检测产物的量,即信号生成系统生成的信号,并且在其与初始样本中分析物量之间建立相关关系。特定实施方案中,使用自动装置来完成上述检测和建立相关关系。上述的反应、检测及建立相关关系的步骤,以及用来实施这些步骤的装置在美国专利申请中有进一步的描述,这些申请的顺序号为No.4,734,360;4,900,666;4,935,346;5,059,394;5,304,468;5,306,623;5,418,142;5,426,032;5,515,170;5,526,120;5,563,042;5,620,863;5,753,429;5,573,452;5,780,304;5,789,255;5,843,691;5,846,486;5,968,836和5,972,294;这些申请的内容在此引入作为参考。建立相关关系步骤中,推算出的分析物浓度将竞争反应对可见信号的贡献也考虑在内,例如,通过据此来校准装置。
由于本发明方法中测试条带上存在有溶血剂,所以该方法得到的结果基本上,如果不是完全的话,能够避免在测试条带上没有溶血剂时会出现的分析误差,所述的分析误差是由于红细胞存在而出现的干扰成分,例如过氧化氢酶、血色素、谷胱甘肽过氧化物酶,等。因此,本发明所述方法基本上,如果不是完全,能够避免向用其他检测仪器及方法所做的分析物测量中引入分析误差。此外,由于测试条带上溶血剂的存在,可以快速的方式得到结果,该结果可在将样本应用到测试条带后约至少20秒内得到结果,通常在约30秒内,更通常在约40秒内。
试剂盒
本发明还提供了用于实施本发明所述方法的试剂盒。本发明所述试剂盒至少包括一种试剂测试条带,该条带包括一种溶血剂,如上所述。所述试剂盒还可以进一步包括一获取生理样本的工具,例如生理样本是血液时,所述试剂盒还可包括获得血样的工具,如用于手指取血的小刀(lance)、采血针(lance actuation means),等。此外,所述试剂盒还可以包括一对照溶液或标准物,例如,含有标准浓度葡萄糖的葡萄糖对照溶液。某些实施方案中,所述试剂盒还包括一自动装置,如上所述,用于在应用样本后检测测试条带上生成的产物的量,并且在检测到的产物与样本中分析物量之间建立相关关系。最后,所述试剂盒包括如何使用所述试剂测试条带测定生理样本中分析物浓度的说明书。这些说明书可以出现在包装、标签插入物、试剂盒中的容器等一个或多个物件上。
提供下列实施例旨在说明本发明,而并非限制。
实验部分
A.制备测试条带
将0.35μm聚砜膜(来自U.S.Filter,San Diego,CA的反应基质)的多孔侧浸没入表1所示的含水浸液中直至饱和。将膜从浸液中取出,并用玻璃棒将其中过量的试剂挤出。然后将该条带悬挂于空气流通炉内,56℃、10分钟,至干燥,这段时间后,取出条带,浸入到表2所述有机浸液中至饱和。然后,按上述步骤再次干燥。将得到的条带制成所需形式进行测试。
                                                               表1
    成分     用量
    水     25mL
    柠檬酸     282mg
    柠檬酸三钠     348mg
    甘露醇     250mg
    EDTA     21mg
    Gantrez(购自GAF,New York,New York)     112.5mg
    Crotein(购自CRODA,New York,New York)     360mg
    葡萄糖氧化酶(126U/mg)     234.5mg
    辣根过氧化物酶(505U/mg)     62mg
    Carbapol 910(0.11mg/mL乙腈溶液)(购自BFGoodrich,Clevelend Ohio)     1.25mL
    0.1M柠檬酸二钠     3.75mL
                                                               表2
    成分     用量
    MeOH/EtOH/H2O(17.5/52.5/30)     9.54mL
    MBTHSB间[3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙]N-磺酰基苯磺酸单钠     38.8mg
    ANS     54mg
    MAPHOA 60A(20%,溶于上述溶剂)(PPG/Mazer,Gurnee,Illinios)     0.46mL
    +溶血表面活性剂或对照     0-50mg
+溶血表面活性剂:对照=0g=0%
                 N-十六烷基三甲基氯化铵(CATC)=7.5mg=0.075%
                 N-十六烷基三甲基氯化铵(CATC)=25mg=0.25%
                 Triton X-100 25mg=0.25%
                 Brij 58=50mg=0.5%
                 Lubrol PX=50mg=0.5%
B.测试
用SureStep@条带结构来测试葡萄糖反应。
在改良的 SureStep@表上收集反射率数据。用Macbeth Color Eye(GretagMacbeth,New Windsor,New York)获得反射谱数据。记录血样。
C.结果
图1显示的是仪表应答上的溶血结果。图1表明由于竞争反应引起的颜色减弱主要是因0~8%溶血产生的,在10~20%溶血时,该应答保持恒定。通过向试剂中加入一定量溶血表面活性剂,可以确保应用到条带上的血样溶血为可能血细胞比容的10~20%。该溶血范围能够使分析物校准而不受血细胞比容水平的影响。见图2a和2b。溶血产物存在下能够更快地到达终点,这是由于与溶血成分的反应消耗了一部分过氧化氢(过氧化氢酶反应产生的)。见图3和4。图3和4提供了用对照和0.25%CTAC总血糖浓度为390mg/dL时,观察到的测试结果及反应动力学。图5和6提供的是用对照和0.25%Triton X-100条带检测浓度为390mg/dL的全血时,观察到的测试结果及反应动力学。图7和8提供的是用对照和0.50%Brij-58条带检测浓度为390mg/dL的全血时,观察到的测试结果及反应动力学;而图9提供的是0.50%Lubrol PX条带检测浓度为390mg/dL的全血时,观察到的测试结果及反应动力学。图10和11中CTAC存在下血红蛋白Soret带(大约400nm处)更高的吸光率表明了CTAC表面活性剂的溶血效果。测试结果能够得到可视确证是SureStep系统具有的一个有利特征。图10表明即使是将高血细胞比容的样本应用到条带,本发明需要范围内的溶血也不会导致可见光范围内血液颜色(呈红色)的增强,因而不会干扰测试结果的可视确证。
从上述结果和讨论中可以明显看出,关于红细胞干扰成分引发的分析误差,本发明在血细胞比容表现上提供了显著的改进。此外,本发明在不需要起初大量生理样本或很长分析时间的同时提供了更好的结果。因此,本发明是对本领域的重要贡献。
本说明书中引述的全部公开出版物和专利在此引入作为参考,就如同单个出版物或专利专门单独引入作为参考一样。任一出版物的引述都是由于其公开于申请日之前,而不应解释为由于在前发明,本发明就不可能先于这些公开出版物。
尽管为了清楚理解已通过解说和实施例对本发明作了详细描述,但是根据本发明的教导,可以对本发明进行某些变动和改进,但仍然不脱离本发明所附权利要求的实质和范围,这一点对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。

Claims (10)

1.一种用于测定生理样本中分析物浓度的试剂测试条带,该条带包括:
一种多孔基质;
分析物氧化信号生成系统的至少一个成员;以及
至少一种溶血剂,其中所述的溶血剂的量足以使产生的溶血达到下述程度,即溶血产物浓度在应用到所述多孔基质上的生理样本中所占的体积比为约5~20%。
2.权利要求1中的测试条带,其中所述的信号生成系统包括一种酶,该酶能够氧化分析物产生过氧化氢。
3.权利要求2中的测试条带,其中所述的信号生成系统还包括一种酶,该酶在过氧化氢存在下将至少一种底物转化为一种生色产物。
4.权利要求1、2或3中的测试条带,其中所述的分析物为葡萄糖。
5.权利要求1中的测试条带,其中所述的信号生成系统包括:
一种能够氧化葡萄糖的酶;
一种过氧化物酶;以及
一种指示剂,所述指示剂在过氧化氢和所述过氧化物酶存在下转化为一种生色产物。
6.权利要求1、2或3中的测试条带,其中所述至少一种溶血剂是聚氧乙烯醚。
7.权利要求1、2或3中的测试条带,其中所述的至少一种溶血剂选自:N-十六烷基三甲基氯化铵、聚氧乙烯-10-辛基酚醚、聚氧乙烯-20-十六烷基醚和聚氧乙烯-9-十二烷基醚。
8.一种用于测定生理样本中分析物浓度的方法,该方法包括:
(a)将所述生理样本应用于上述权利要求中任一项所述的测试条带;
(b)对所述信号生成系统生成的信号进行检测;以及
(c)在检测到的信号与所述生理样本中分析物浓度之间建立相关关系。
9.一种仪器,该仪器包括权利要求1-7中任一项所述的测试条带。
10.一种用于测定生理样本中分析物浓度的试剂盒,该试剂盒包括:
(a)权利要求1-7中任一项所述的试剂测试条带;以及
(b)下列组件中的至少一种:
(i)获取生理样本的工具;以及
(ii)分析物标准物。
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