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Lateralflussuntersuchungs-Teststreifen
sind nützlich,
um das Vorliegen eines spezifischen Analyts in einer Probe zu identifizieren. Üblicherweise verändern während eines
Tests Testzonen, z. B. Untersuchungsstreifen auf dem Teststreifen,
ein Erscheinungsbild basierend auf dem Vorliegen oder der Abwesenheit
des spezifischen Analyts in der Probe. Die Testzonen werden dann
durch ein menschliches Auge oder ein Bilderzeugungssystem gelesen,
um zu bestimmen, ob der Analyt in der Probe vorhanden war. Für weitere
Informationen über
das Verhalten von Lateralflussuntersuchungen siehe z. B. USPN 6,136,610.
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Während die
Verwendung eines optischen Lesens der Testzone wirksam ist, erfordert
dies das Vorhandensein eines menschlichen Testers oder eines hochentwickelten
Bilderzeugungssystems. Es ist wünschenswert,
alternative Systeme zum Lesen von Untersuchungsstreifen in anderen
Weisen bereitzustellen, um eine Flexibilität beim Entwerfen von Testsystemen
zu erhöhen
und Kosten zu reduzieren.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren oder ein
Testsystem mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder ein Testsystem
gemäß Anspruch
9 gelöst.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird eine Testzone gelesen. Eine Probe
wird einem konjugierten Material ausgesetzt. Das konjugierte Material
bildet, wenn es mit zumindest einem Analyten in der Probe konjugiert
ist, entweder ein elektrisch erfassbares konjugiertes Material oder
ein magnetisch erfassbares konjugiertes Material. Konjugiertes Material
in der Probe wird in einer Testzone eingefangen. Eine Messung wird
an dem konjugierten Material, das in der Testzone eingefangen ist,
durchgeführt,
um Analyt in der Probe zu erfassen. Die Messung ist eine elektrische
Messung oder eine magnetische Messung.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
vereinfachte Seitenansicht eines Lateralflussuntersuchungs-Teststreifens,
der verwendet wird, wenn ein nichtoptisches Lesen von Testzonen
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
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2 eine
vereinfachte Draufsicht eines Lateralflussuntersuchungs-Teststreifens,
der verwendet wird, wenn ein nichtoptisches Lesen von Testzonen
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
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3 und 4 eine
Konjugation und ein Einfangen eines Analyts während eines Tests unter Verwendung
eines Lateralflussuntersuchungs-Teststreifens in Vorbereitung zur
Durchführung
eines nichtoptischen Lesens von Testzonen gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5 ein
vereinfachtes Blockdiagramm, das einen Schaltungsaufbau zeigt, der
verwendet wird, um ein nichtoptisches Lesen von Testzonen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung durchzuführen;
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6, 7 und 8 Brückenschaltungen,
die nützlich
zum Lesen von Testzonen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind;
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9 eine
Kapazitätsvergleichsschaltung, die
konfiguriert ist, um Testzonen gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zu lesen;
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10 eine
Frequenzvergleichsschaltung, die konfiguriert ist, um Testzonen
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zu lesen;
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11 einen
Randfeldkondensator, der konfiguriert ist, um Testzonen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zu lesen;
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12 ein
magnetisches Lesegerät,
das konfiguriert ist, um Testzonen gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zu lesen;
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13 einen
Teststreifen mit Testzonen, die in einer Verkettung verbunden sind,
um ein nichtoptisches Lesen von Testzonen gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen; und
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14 einen
Teststreifen mit Testzonen, der zum Lesen von Testzonen unter Verwendung
von Permittivitätsattributen
oder Permeabilitätsattributen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
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1 zeigt
eine vereinfachte Seitenansicht eines Lateralflussuntersuchungs-Teststreifens 10. Der
Lateralflussuntersuchungs-Teststreifen 10 umfasst einen
Träger 11,
ein druckempfindliches Haftmittel 12, eine Probeauflage 13,
eine Konjugationsauflage 14, eine Membran 15 und
eine absorbierende Auflage 16. Die Membran 15 umfasst
z. B. Nitrozellulose.
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2 zeigt
eine vereinfachte Draufsicht des Lateralflussuntersuchungs-Teststreifens 10.
Die Draufsicht des Lateralflussuntersuchungs-Teststreifens 10 zeigt
das Vorliegen einer Einfangtestzone 21 und einer Kontrollzone 22.
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Die 3 und 4 stellen
eine Konjugation und ein Einfangen eines Analyts während eines Tests
unter Verwendung des Lateralflussuntersuchungs-Teststreifens 10 dar.
Wie in 3 gezeigt ist, ist vor dem Testen der Analyt 31 an
der Probeauflage 13 vorhanden. Etiketten 32 liegen
auf der Konjugationsauflage 14 vor. Etiketten 32 umfassen
z. B. einen ersten Typ eines Antikörpers und ein Etikettteilchen. Der
erste Typ des Antikörpers
lagert sich an den Analyt 31 an. Das Etikettteilchen ist
z. B. ein Goldteilchen oder ein bestimmtes anderes Teilchen mit
erwünschten
elektrischen/magnetischen Eigenschaften. Antikörper 33, die an die
Testzone 21 angelagert sind, sind ebenso der erste Typ
von Antikörper
und lagern sich auch an den Analyten 31 an. Kontrollstrukturen 34 sind
ein zweiter Typ eines Materials und sind an die Kontrollzone 22 angelagert.
Der zweite Typ von Material, das als Kontrollstrukturen 33 ausgewählt ist,
lagert sich an den ersten Typ von Antikörper an. Der zweite Typ von
Material umfasst z. B. Antigene oder einen weiteren Typ eines Materials,
das sich an den ersten Typ von Antikörper anlagert. Ein Pfeil 35 zeigt
eine Richtung eines Kapillarflusses für den Analyten 31.
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4 zeigt
Moleküle
des Analyts 31, die gerade an einige des ersten Typs von
Antikörpern
innerhalb der Etiketten 32 angelagert werden, um konjugiertes
Material zu bilden. Das konjugierte Material wird durch Antikörper 33,
die an der Testzone 21 angelagert sind, eingefangen. Die
nicht verwendeten Etiketten 32 fließen zu Kontrollstrukturen 34 und
werden durch den zweiten Typ von Material, das die Kontrollstrukturen 34 bildet,
eingefangen.
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Die 3 und 4 z.
B. sind darstellend für
Immununtersuchungen. Bei Immununtersuchungen führt eine höhere Konzent ration eines Analyts normalerweise
dazu, dass ein stärkeres
Signal von einer Einfanglinie 21 erfasst wird. Andererseits
führt bei
kompetitiven Immununtersuchungen eine höhere Konzentration eines Analyts
normalerweise dazu, dass ein schwächeres Signal von der Einfanglinie 21 erfasst
wird.
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Viele
bekannte Verfahren sind für
Messungen von Widerstandswert, Kapazität, komplexer Impedanz sowie
Dielektrizitätskonstante,
Permittivitätsattributen
und Permeabilitätsattributen,
die Messungen von absoluten und relativen oder differentiellen Werten
umfassen, verfügbar.
Messungen können
z. B. unter Verwendung von Instrumenten, wie z. B. dem Agilent LCR
Meter 4294A in Kombination mit einem Dielectric Test Fixture 16451B,
beide erhältlich bei
Agilem Technologies, Inc., durchgeführt werden. Messungen können ebenso
in integrierten Schaltungen beinhaltet sein, Beispiele hierfür sind der ADXL203-Beschleunigungsmesser,
erhältlich
bei Analog Devices, Inc., und der AD7745-Kapazität-zu-Digital-Wandler, ebenso
erhältlich
bei Analog Devices, Inc.
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5 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm, das einen Schaltungsaufbau zeigt,
der zur Durchführung
eines nichtoptischen Lesens von Testzonen, wie z. B. eines Lateralflussuntersuchungs-Teststreifens 10,
verwendet wird. Der Schaltungsaufbau umfasst ein Stimulus- und Sensorenelement 51,
ein Verstärker-
und Analog-Digital-Wandlungs- (ADC-) Element, einen Speicher 53,
ein Signalverarbeitungselement 54, ein Anzeige- und Benutzerschnittstellenelement 55 und
ein Leistungs-, Takt- und Steuerungselement 56.
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Innerhalb
des Stimulus- und Sensorenelements 51 wird der Schaltungsaufbau
verwendet, der in der Lage ist, sehr empfindliche Messungen durchzuführen. Wenn
z. B. Impedanzen gemessen werden, können verschiedene Typen von
Brückenschaltungen
zur Messung verwendet werden. Die 6, 7 und 8 geben
Beispiele von Brückenschaltungen,
die innerhalb des Stimulus- und Sensorenelements 51 implementiert
sein können.
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6 zeigt
eine Leistungsschaltung 65, einen Messer 60, einen
Widerstand 61, einen Widerstand 62, einen Widerstand 63 und
einen variablen Widerstand 64. Der variable Widerstand 64 wird
variiert, bis der Messer 60 einen Null-Wert erfasst. Der unbekannte
Wert des Widerstands 63 kann aus den festen Werten des
Widerstands 61 und des Widerstands 62 und aus
dem variablen Wert des variablen Widerstands 64 bestimmt
werden.
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Ähnlich zeigt 7 eine
Leistungsschaltung 75, einen Messer 70, einen
Widerstand 71, einen Widerstand 72 und einen variablen
Widerstand 74. Ein Zwischenraum 73 ist durch einen
Zwischenraum zwischen zwei Kontakten gebildet und stellt einen unbekannten
zu erfassenden Wert dar. Der variable Widerstand 74 wird
variiert, bis der Messer 70 einen Null-Wert erfasst. Der
unbekannte Wert kann aus den festen Werten des Widerstands 71 und
des Widerstands 72 und aus dem variablen Wert des variablen
Widerstands 74 bestimmt werden.
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8 zeigt
eine Leistungsschaltung 85, einen Messer 80, eine
komplexe Impedanz 81, eine komplexe Impedanz 82 und
eine variable komplexe Impedanz 84. Ein Zwischenraum 83 ist
durch einen Zwischenraum zwischen zwei Kontakten gebildet und stellt
einen unbekannten zu erfassenden Wert dar. Die variable komplexe
Impedanz 84 wird variiert, bis der Messer 80 einen
Null-Wert erfasst. Der unbekannte Wert kann aus den festen Werten
der komplexen Impedanz 81 und der komplexen Impedanz 82 und
aus dem variablen Wert der variablen komplexen Impedanz 84 bestimmt
werden.
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Variationen
oder Ableitungen des Schaltungsaufbaus, der in den 5, 6, 7 und 8 gezeigt
ist, können
konfiguriert sein, um unterschiedliche Messungen bereitzustellen.
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Das
in 5 gezeigte Stimulus- und Sensorenelement 51 kann
auch konfiguriert sein, um eine Kapazität und keinen Widerstandswert
zu erfassen. 9 z. B. zeigt eine Kapazitätsvergleichsschaltung 90.
Eine Kapazität 91 stellt
z. B. eine gemessene Kapazität
dar, die eine Einfangtestzone umfasst. Eine Kapazität 92 stellt
z. B. eine gemessene Kapazität dar,
die eine Kontrollzone umfasst.
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Widerstandswert,
Kapazität
oder komplexe Impedanz kann verwendet werden, um ein Oszillationssignal
zu steuern, wobei eines oder mehrere Oszillationssignalcharakteristika,
wie z. B. Amplitudenfrequenz, Phasen- und/oder Verlustcharakteristik, durch
das in 5 gezeigte Stimulus- und Sensorenelement 51 gemessen
oder verglichen werden können. 10 zeigt
eine Frequenzvergleichsschaltung 90, die einen variablen
Oszillator 101 und einen Referenzoszillator 102 verwendet.
Eine Messung der Frequenz bietet oft das höchste Maß an Auflösung oder Empfindlichkeit.
Wenn eine Frequenzmessung verwendet wird, wird eine Einfangtestzone
als Teil eines Kondensators verwendet, um den variablen Oszillator 101 zu
steuern. Eine Messung der Frequenz, die durch den Oszillator 101 erzeugt
wird, kann dann verwendet werden, um einen Analyten zu erfassen, z.
B. Erfassen eines Analytvorliegens, einer Analytabwesenheit und/oder
einer Analytkonzentration in einer Probe. Wahlweise kann das Signal
aus dem Oszillator 101 mit der Frequenz des Referenzoszillators 102 kombiniert
werden und die Differenz kann als eine dritte Frequenz beobachtet
werden, die oft als eine Schwebungsfrequenz bezeichnet wird. Eine Beobachtung
der Schwebungsfrequenz ist besonders nützlich, wenn die Veränderung
an der Frequenz des Oszillators 101 relativ zu dem Referenzoszillator 102 klein
ist.
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11 zeigt
Randfeldkondensatoren, die als Sensorelemente zum Lesen von Testzonen
konfiguriert sind. Ein erster Randfeldkondensator umfasst eine Elektrode 113,
eine Elektrode 114 und ein dielektrisches Material in einem
Untersuchungsstreifen 111 auf einem Teststreifen 110.
Ein zweiter Randfeldkondensator umfasst eine Elektrode 115,
eine Elektrode 116 und ein dielektrisches Material in einem Untersuchungsstreifen 112.
Parallelplattenkondensatoren, an denen die Testzonen sandwichartig
zwischen Elektroden angeordnet sind, können auch als Sensorelemente
verwendet werden.
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Randkondensatoren
sind z. B. nützlich, wenn
das Detektor- oder
Indikatoretikett ein Kolloidmetall ist, z. B. Gold, oder andere
Materialien mit dielektrischen Charakteristika, die sich deutlich
von dem Teststreifen unterscheiden. In diesem Fall kann eine Ansammlung
oder Erschöpfung
des Kolloidmetalls in einer Testzone (z. B. einem Untersuchungsstreifen)
als eine Veränderung
an den Charakteristika des dielektrischen Elements eines Kondensators,
der zwischen Elektroden gebildet ist, die nahe an der Zone platziert
sind, erfasst werden. Dies könnte
als eine Veränderung
an der effektiven Dielektrizitätskonstante
oder als eine Veränderung
an der Verlustcharakteristik gesehen werden. Normalerweise wird ein
Kondensator als eine Parallelplattenvorrichtung betrachtet, bei
der das Dielektrikum sandwichartig zwischen den Platten angeordnet
ist. Elektrische Felder, die die Enden der Platten umsäumen, bilden
jedoch einen Randkondensator, der ein nahegelegenes dielektrisches
Material beinhaltet. Der Ausdruck (Kapazität = Dielektrizitätskonstante × Fläche / Abstand)
kann für
beides unter Verwendung einer Wirkfläche, um den Umsäumungseffekt
zu berücksichtigen,
angewendet werden.
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Ein
Vorteil bei Messungen von Kapazität oder komplexer Impedanz besteht
darin, dass ein direkter Kontakt mit dem Teststreifen vermieden
werden kann. Da erwartet wird, dass sich in der Untersuchung die
Dielektrizitätscharakteristika
des Streifens aufgrund einer Benetzung durch die Testlösung verändern, wird
eine Vergleichsprobe durch die Kontrollzone eingerichtet und die
Differenz zwischen der Kontrollzone und der Testzone wird die Messung
von Interesse. Die Kontrollzone kann als eine feste Konzentration
der Indikatoretiketten, die unbeweglich gemacht sind, gemacht sein.
Hier kann der Konzentrationspegel verwendet werden, um eine Schwelle
zu setzen. Die Kontrollzone kann auch eine Anpassung für ein nichtspezifisches
Binden unterstützen.
Die Veränderung
in der Kontrollzone durch ein Benetzen kann verwendet werden, um
ein Fortschreiten und/oder einen Abschluss der Untersuchung anzuzeigen.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel kann
die Kontrollzone verwendet werden, um die Etiketten, die sich nicht
mit Analyt kombiniert haben, zu sammeln. Hier ist zu erwarten, dass
die Konzentration der Etiketten in der Testzone (Ctz) und der Etiketten
in der Kontrollzone (Ccz) sich in etwa zu der Anfangskonzentration
von Etiketten in der Konjugationsauflage (Ccp) aufsummiert, und
das relative Konzentrationsverhältnis
(Ctz/Ccz) kann ein empfindlicher Indikator des Vorliegens des Analyts
sein.
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12 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem anstatt Messungen auf Dielektrizitätskonstanten- (oder Permittivitätsattribut-)
Basis Messungen auf Permeabilitäts- (oder Magneteigenschafts-)
Basis eingesetzt werden. In 12 ist
ein Leiter um einen oberen Kern 123 gewickelt und wird mit
einem Strom angeregt, um einen Magnetfluss zu erzeugen. Ein Zwischenraum,
der Luft und einen Teststreifen 120 umfasst, sitzt zwischen
dem oberen Kern 123 und einem unteren Kern 124.
Der untere Kern 124 ist optional. Die Ansammlung oder Erschöpfung von
Metallteilchen in der Testzone 121 verändert den magnetischen Widerstand
und eine Flussdichte in der Magnetschaltung, die den oberen Kern 123,
den unteren Kern 124 und den Zwischenraum zwischen denselben
umfasst.
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Wie
in 12 zu sehen ist, können auch Permeabilitätsattributmessungen
unter Verwendung einer Kontrollzone 122 durchgeführt werden.
Ein Zwischenraum, der Luft und einen Teststreifen 120 umfasst,
sitzt zwischen einem oberen Kern 125 und einem unteren
Kern 126. Der untere Kern 126 ist optional. Die
Ansammlung oder Erschöpfung
von Metallteil chen in der Kontrollzone 122 verändert den
magnetischen Widerstand und die Flussdichte in der Magnetschaltung,
die den oberen Kern 125, den unteren Kern 126 und
den Zwischenraum zwischen denselben umfasst. Magnetische Elemente
können
ebenso verwendet werden, um die Frequenz von Oszillatoren zu steuern.
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13 zeigt
einen Teststreifen mit Testzonen, die in einer Verkettung verbunden
sind, um ein Lesen von Testzonen zu ermöglichen. Eine erste Verkettung
umfasst eine Testzone 131, eine Testzone 134,
eine Testzone 135 und eine Testzone 138, die alle
auf einem Teststreifen 130 platziert sind. Eine zweite
Verkettung umfasst eine Kontrollzone 132, eine Kontrollzone 133,
eine Kontrollzone 136 und eine Kontrollzone 137,
die alle auf dem Teststreifen 130 platziert sind. Verkettungen
sind nützlich,
wenn eine Bestimmung des Vorliegens oder der Abwesenheit eines oder
mehrerer von mehreren Analyten erwünscht wird. Dies wird durch
ein Unterbrechen der Kette durch ein Räumen einer beliebigen der Testzonen
angezeigt. Eine einfache Widerstandswertmessung erfordert einen
direkten Kontakt zu den Enden der Verkettung durch die Sensorschaltung.
Alternativ erfordert ein Kapazitivkoppeln mit den Enden der Verkettung
eine Messung komplexer Impedanzen, vermeidet jedoch einen direkten
Kontakt. Die bestimmte in 13 gezeigte
Anordnung ist geeignet für
ein Erfassen des Vorliegens eines oder mehrerer von mehreren Analyten,
wie z. B. bei Drogentests nützlich
ist.
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Wo
eine Veränderung
an Permittivitätsattributen
oder Permeabilitätsattributen
verwendet wird, ist keine Verbindung zwischen Testzonen und Kontrollzonen
erforderlich und kein direkter Kontakt durch die Sensorschaltungen
ist erforderlich. Dies ist durch 14 dargestellt. 14 zeigt
eine Testzone 141, eine Testzone 143, eine Testzone 145 und
eine Testzone 147, die alle auf einem Teststreifen 140 platziert
sind. Der Teststreifen 140 umfasst außerdem eine Kontrollzone 142,
eine Kontrollzone 144, eine Kontrollzone 146 und
eine Kontrollzone 148.
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Die
vorstehende Beschreibung offenbart und beschreibt lediglich exemplarische
Verfahren und Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung. Wie für Fachleute auf dem Gebiet
zu erkennen sein wird, könnte
die Erfindung in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein,
ohne von der Wesensart oder wesentlichen Charakteristika derselben
abzuweichen. Entsprechend soll die Beschreibung der vorliegenden
Erfindung darstellend, jedoch nicht einschränkend für den Schutzbereich der Erfindung sein,
was in den folgenden Ansprüchen
dargelegt ist.