DE102015122615A1

DE102015122615A1 - Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Bestimmung einer Stoffkonzentration in einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102015122615A1
Application number: DE102015122615.4A
Authority: DE
Inventors: Miran Alic; Christof Strohhöfer; Waldemar Janik
Original assignee: B Braun Avitum AG
Current assignee: B Braun Avitum AG
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Konzentration eines in einer Probe einer Flüssigkeit enthaltenen Stoffs beinhaltet eine Probenaufnahme (1, 2, 4; 22; 42, 44), die dazu angeordnet ist, die Probe der der quantitativen Bestimmung zu unterziehenden Flüssigkeit aufzunehmen und eine Auslesevorrichtung (9; 20; 40), die eine Halteeinrichtung für die Probenaufnahme (1, 2, 4; 22; 42, 44) beinhaltet. Die Auslesevorrichtung (9; 20; 40) weist eine optische Geometrie (5, 6, 7, 8; 8, 24, 26, 28; 8, 26) auf, die dazu angeordnet ist, einen vorbestimmten Wellenlängenbereich eines Analyselichtstrahls zu der in der Probenaufnahme (1, 2, 4; 22; 42, 44) aufgenommenen Probe zu leiten und eine Bestimmungseinrichtung (10), die dazu angeordnet ist, eine Extinktionsmessung durchzuführen und aus einer Differenz erhaltener Extinktionswerte die Konzentration des in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffs zu bestimmen. Die Vorrichtung ist ausgelegt für Teststreifen (4) mit zumindest einem Probenaufnahmefeld (1, 2), alternativ zur Verwendung von Küvetten (22; 42, 44), welche mit einem Analyselichtstrahl beaufschlagbar sind. An der Probe erfassen Detektoren (5, 6, 7; 26; 26A, 26B) dort transmittiertes oder reflektiertes Licht, aus welchem die Bestimmungseinrichtung (10) die Extinktionswerte in Relation zum direkten Analyselichtstrahl ermittelt und die Stoffkonzentration bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung einer Stoffkonzentration in einer Flüssigkeit und bezieht sich insbesondere auf Vorrichtungen und Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von Kreatinin und/oder Harnsäure in einer biologischen Flüssigkeit.
Kreatinin ist ein wichtiger Nierenretentionsparameter in der Labormedizin, dessen Ausscheidung mit dem Urin erfolgt. Zahlreiche im Urin bestimmte Parameter werden auf die ausgeschiedene Kreatininmenge bezogen. In der Labormedizin macht man sich die Bestimmung der Kreatininausscheidung (Kreatinin-Clearance) zunutze, um die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) berechnen zu können. Kreatinin wird tubulär nicht rückresorbiert, das heißt, praktisch jedes filtrierte Molekül erscheint letztlich im Harn.
Kreatinin ist damit ein bekannter und wichtiger Laborparameter für den Einsatz in der klinischen Chemie. Insbesondere bei der Vermessung von biologischen Flüssigkeiten wie Blut, Urin oder verbrauchter Dialysierflüssigkeit dient die Kreatininkonzentration der Einschätzung des Gesundheitsstatus eines Patienten. So ist es zum Beispiel möglich, mit Hilfe der Messung in Blutserum/Blutplasma oder Urin, die glomeruläre Filtrationsrate zu bestimmen. Ein weiteres Beispiel stellt die Messung in verbrauchter Dialysierflüssigkeit dar. Dort kann aus der Messung der Kreatininkonzentration ein Rückschluss auf die Muskelmasse und damit den Gesundheitszustand eines Dialysepatienten gezogen werden.
Zurzeit sind im Wesentlichen zwei etablierte Gruppen von Verfahren zur Konzentrationsbestimmung von Kreatinin bekannt. Die erste Gruppe nutzt eine unter "Jaffé-Reaktion" oder "Jaffésche Kreatininprobe" bekannte analytische Reaktion zum quantitativen Nachweis von Kreatinin mittels alkalischer Pikratlösung. Die zweite Gruppe von Verfahren nutzt enzymatische Methoden. Eine große Anzahl von Ausführungsformen im Bereich der Sensoren/Tests, mit einer Übersicht in beispielsweise "Creatinine Sensors", Pundir et. al., Trends in Analytical chemistry 50 (2013) 42–52, und "Analytical methods for quantifying creatinine within biological media", Randviir et. al., Sensors and Actuators B 183 (2013) 239–252, beruhen auf diesen beiden Methoden. Neben derartigen Hauptmethoden existieren noch weitere, weniger bekannte und etablierte Methoden, beispielsweise unter Schlagworten wie etwa "photografted molecularly-imprinted polymer", "potentiometrie electronic tongue", "enzymeless creatinine estimation using poly(3,4-ethylenedioxyth iophene)-b-cyclodextrin", "carboxylated multi-walled CNT-based creatinine nanobiosensor", "ironoxide NP-based creatinine nanobiosensor" und dergleichen.
Die vorstehend erwähnten Varianten von Kreatininsensorkonzepten sind jedoch durchgehend kompliziert und/oder aufwändig. Beispielsweise sind in deren Kontext verschiedene Messverfahren und Variationen von Teststreifen bekannt. Sehr gängig ist dabei ein funktionalisierter Teststreifen mittels Enzymen und Farbstoffen. Insbesondere nachteilig sind hierbei die aufwendige und kostenintensive Herstellung benötigter Enzyme und ihre teure Lagerung, da die Haltbarkeit von Enzymen durch Aufbewahrung in einer kühlen Umgebung (Kühlschrank) und in verschlossener und trockener Umgebung (explizite feuchtigkeitshemmende oder feuchtigkeitsabsorbierende Maßnahmen, Hydrophobfilter und dergleichen) realisiert werden muss.
Der Erfindung liegt daher als eine Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mittels welchen in einem entnommenen Volumen einer biologischen Flüssigkeit die Konzentration von Kreatinin und/oder Harnsäure messbar ist.
Außerdem soll erfindungsgemäß eine solche Messung mittels eines günstigen Einwegteststreifens in Kombination mit einem Transmissionssensor, vorzugsweise nicht-enzymatisch und außerhalb der Jaffé-Methode realisiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Konzentration eines in einer Probe einer Flüssigkeit enthaltenen Stoffs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung einer Konzentration eines in einer Probe einer Flüssigkeit enthaltenen Stoffs mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 17.
Der Erfindung liegt die allgemeine Idee zugrunde, die Verschiebung des Extinktionsspektrums von Kreatinin in Abhängigkeit des pH-Wertes bei der Wellenlänge 254 nm zu nutzen, oder die Verschiebung des Extinktionsspektrums von Harnsäure in Abhängigkeit des pH-Wertes bei einer entsprechend anderen Wellenlänge zu nutzen, um deren Konzentration zu errechnen. Beispielsweise verändert Kreatinin (und Harnsäure analog) in Abhängigkeit des pH-Wertes seiner Lösung ein Extinktionsspektrum. Eine Differenz von Extinktionswerten von Kreatinin bei zwei verschiedenen pH-Werten (z.B. 4 und 7,3) ist proportional zu dessen Konzentration in einer klaren Lösung wie Urin oder Blutplasma (vgl. 1). Ein optischer Sensor erfasst nach Transmission oder Reflexion eines Analyselichtstrahls Extinktionen einer Probelösung in zumindest zwei Proben mit verschiedenen pH-Werten, errechnet die Konzentration mittels einer Kalibriergeraden und stellt diesen Wert auf einer Anzeigeeinrichtung dar. Die Erfindung ist transmissiv oder reflexiv zum Beispiel mittels eines Einweg-Teststreifens mit zumindest einer entsprechenden Probenaufnahme/ einem entsprechenden Probenaufnahmefeld darstellbar. Die Probenaufnahme kann als Teststreifen ausgebildet oder eine Küvette sein.
Die Erfindung leistet Vorteile und Verbesserungen insbesondere dahingehend, dass im Hinblick auf Kosten Teststreifen sehr günstig darstellbar sind, komplexe chemische Bindungspartner entfallen, eine sehr schnelle Messung von klaren Flüssigkeiten wie Urin oder Blutserum/Blutplasma möglich ist, im Hinblick auf Kosten günstige Sensoren einsetzbar sind, in wirtschaftlicher Hinsicht eine kostengünstigere, einfachere und einfacher einsetzbare Lösung bei gleichzeitig höherer Qualität von Ergebnissen bereitgestellt wird, eine gekühlte Lagerung beteiligter Substanzen nicht weiter erforderlich ist, vorzugsweise zu applizierende Säure wesentlich günstiger als Enzyme zu Buche schlägt und zur Lagerung beteiligter Mittel keine expliziten feuchtigkeitshemmenden Maßnahmen getroffen werden müssen.
Im Einzelnen werden die vorstehenden Vorteile realisiert und die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Konzentration eines in einer Probe einer Flüssigkeit enthaltenen Stoffs, beinhaltend: eine Probenaufnahme, die dazu angeordnet ist, die Probe der der quantitativen Bestimmung zu unterziehenden Flüssigkeit aufzunehmen; und eine Auslesevorrichtung, die eine Halteeinrichtung für die Probenaufnahme beinhaltet, wobei die Auslesevorrichtung aufweist: eine optische Geometrie, die dazu angeordnet ist, einen vorbestimmten Wellenlängenbereich eines Analyselichtstrahls zu der in der Probenaufnahme aufgenommenen Probe zu leiten; und eine Bestimmungseinrichtung, die dazu angeordnet ist, eine Extinktionsmessung oder Reflektionsmessung durchzuführen und aus einer Differenz erhaltener Extinktionswerte die Konzentration des in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffs zu bestimmen.
Bevorzugt ist die Probenaufnahme als ein Teststreifen ausgebildet, der zumindest ein Aufnahmefeld mit einem vorbestimmten pH-Wert zur Benetzung mit einer Probe der der quantitativen Bestimmung zu unterziehenden Flüssigkeit aufweist; und ist die Auslesevorrichtung dazu angeordnet, einen mit der Probe benetzten Teststreifen aufzunehmen.
Bevorzugt ist das zumindest eine Aufnahmefeld des Teststreifens optisch durchlässig ausgebildet; und ist die optische Geometrie eine Transmissionsgeometrie mit: einer Lichtquelle, die auf einer ersten Seite des optisch durchlässigen Aufnahmefelds vorgesehen und dazu angeordnet ist, den Analyselichtstrahl des vorbestimmten Wellenlängenbereichs in Richtung des optisch durchlässigen Aufnahmefelds auszusenden; und zumindest einer Detektoreinrichtung, die auf einer zweiten Seite des optisch durchlässigen Aufnahmefelds vorgesehen und dazu angeordnet ist, das Licht des durch das Aufnahmefeld gelangten Analyselichtstrahls zu erfassen.
Bevorzugt ist das zumindest eine Aufnahmefeld des Teststreifens optisch reflexiv ausgebildet; und ist die optische Geometrie eine Reflexionsgeometrie mit: zumindest einer Lichtquelle, die auf einer ersten Seite des optisch reflexiven Aufnahmefelds vorgesehen und dazu angeordnet ist, den Analyselichtstrahl des vorbestimmten Wellenlängenbereichs in Richtung des optisch reflexiven Aufnahmefelds auszusenden; und zumindest einer Detektoreinrichtung, die auf der ersten Seite des optisch reflexiven Aufnahmefelds, vorzugsweise in Winkelversatz zu demselben, angeordnet ist, das Licht des an dem Aufnahmefeld reflektierten Analyselichtstrahls zu erfassen.
Bevorzugt ist eine Positionsbestimmungseinheit zur Bestimmung der Position eines in der Auslesevorrichtung aufgenommenen Teststreifens vorgesehen.
Bevorzugt beinhaltet die Bestimmungseinrichtung eine Recheneinheit, die dazu angeordnet ist, aus dem durch das Aufnahmefeld gelangten oder an dem Aufnahmefeld reflektierten Licht zumindest zwei Extinktionswerte zu ermitteln und aus der Differenz der zumindest zwei ermittelten Extinktionswerte unter Verwendung einer Kalibrierung die Stoffkonzentration zu errechnen.
Bevorzugt ist die Flüssigkeit eine biologische Flüssigkeit; ist das Aufnahmefeld für einen vorbestimmten Wellenlängenbereich einer Analysewellenlänge der Auslesevorrichtung transparent; ist das Aufnahmefeld dazu angeordnet, die Oberflächenspannung der Probe zugunsten einer gleichförmigen Verteilung derselben auf dem Aufnahmefeld aufzuheben; und ist das Aufnahmefeld dazu angeordnet, den pH-Wert der Probe auf dem Aufnahmefeld durch Mehrfachapplikation vorbestimmter Substanzen auf dasselbe Aufnahmefeld zu verändern oder weist das Aufnahmefeld eine darin eingebettete Substanz auf, die bei Kontakt mit der biologischen Flüssigkeit eine Pufferflüssigkeit mit einem vorbestimmten pH-Wert ausbildet.
Bevorzugt weist der Teststreifen zumindest ein erstes Aufnahmefeld mit einem ersten pH-Wert, zumindest ein zweites Aufnahmefeld mit einem zweiten pH-Wert und ein Referenzfeld, das ein Referenzsignal des Teststreifens bereitstellt, auf; und weist die optische Transmissionsgeometrie zumindest eine erste Detektoreinrichtung, die zu dem ersten Aufnahmefeld korrespondiert, zumindest eine zweite Detektoreinrichtung, die zu dem zweiten Aufnahmefeld korrespondiert, und eine Referenzdetektoreinrichtung, die zu dem Referenzfeld korrespondiert, auf, wobei die erste Detektoreinrichtung das Signal des ersten Aufnahmefelds erfasst, die zweite Detektoreinrichtung das Signal des zweiten Aufnahmefelds erfasst und die Referenzdetektoreinrichtung das durch das Referenzfeld, das fensterförmig ausgebildet ist, hindurchtretende Licht der Lichtquelle als eine Referenz für eine Extinktionsmessung erfasst.
Bevorzugt weist der Teststreifen ein Aufnahmefeld mit einem vorbestimmten pH-Wert und ein Referenzfeld, das ein Referenzsignal des Teststreifens bereitstellt, auf; und weist die optische Transmissionsgeometrie eine Detektoreinrichtung, die zu dem Aufnahmefeld korrespondiert, und eine Referenzdetektoreinrichtung, die zu dem Referenzfeld korrespondiert, auf, wobei die Detektoreinrichtung eine Mehrzahl von Signalen des Aufnahmefelds in einer sequenziellen Folge von Extinktionsmessungen erfasst und die Referenzdetektoreinrichtung das durch das Referenzfeld, das fensterförmig ausgebildet ist, hindurchtretende Licht der Lichtquelle als eine Referenz für zumindest eine der Extinktionsmessungen erfasst.
Bevorzugt weist der Teststreifen zumindest ein erstes Aufnahmefeld mit einem ersten pH-Wert und zumindest ein zweites Aufnahmefeld mit einem zweiten pH-Wert auf; und weist die optische Transmissionsgeometrie zumindest eine erste Detektoreinrichtung, die zu dem ersten Aufnahmefeld korrespondiert und zumindest eine zweite Detektoreinrichtung, die zu dem zweiten Aufnahmefeld korrespondiert, auf, wobei die erste Detektoreinrichtung das Signal des ersten Aufnahmefelds erfasst und die zweite Detektoreinrichtung das Signal des zweiten Aufnahmefelds erfasst und wobei ein Ausgangsintensitätswert des Lichts der Lichtquelle als eine Referenz für eine Extinktionsmessung durch eine vorangehende Nullmessung an der ersten Detektoreinrichtung und der zweiten Detektoreinrichtung erfasst wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann anstatt oder zusätzlich zu der vorangehenden Nullmessung an der ersten Detektoreinrichtung eine Dunkelmessung durchgeführt werden.
Bevorzugt ist eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der bestimmten Konzentration des in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffs vorgesehen; und gibt die Bestimmungseinrichtung die bestimmte Konzentration an die Anzeigeeinrichtung aus.
Bevorzugt ist die Anzeigeeinrichtung Teil eines applikationsgesteuerten Mobilgeräts, Handheld-Geräts, Smartphones oder Tabletgeräts bzw. Tablet-Computers, welches zur Verbindung mit der Detektoreinrichtung und/oder der Bestimmungseinrichtung mittels einer drahtlosen und/oder drahtgebundenen Schnittstelle mit der Auslesevorrichtung gekoppelt ist.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung an ein Netzwerk und/ oder eine Datenbank angebunden, auf deren Basis eine Visualisierung von Messwerten erfolgen kann. Dies hat den Vorteil, dass somit beispielsweise auch Trends verschiedener Messwerte visualisiert werden können.
Bevorzugt sind mehrere Lichtquellen vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass die Bestimmung verschiedener Stoffe, entweder in derselben Probenaufnahme oder in unterschiedlichen Probenaufnahmen, parallel laufen kann.
Bevorzugt ist der Stoff Kreatinin und/oder Harnsäure.
Bevorzugt ist eine Erkennungseinrichtung vorgesehen, die in der Auslesevorrichtung angeordnet und dazu ausgelegt ist, die Position der Probenaufnahme in der Auslesevorrichtung zu erfassen.
Alternativ bevorzugt ist die Probenaufnahme eine Küvette, und ist zumindest eine Blende zwischen einer Lichtquelle und einem Detektor angeordnet. In einer Modifikation ist die Probenaufnahme ebenfalls eine Küvette, sind eine erste und eine zweite Blende beabstandet zueinander angeordnet und ist eine Lichtquelle zwischen der ersten Blende und der zweiten Blende vorgesehen, wobei die Lichtquelle dazu angeordnet ist, den Analyselichtstrahl durch eine in den zueinander beabstandeten Blenden ausgebildete Öffnung in einer Transmissionsgeometrie derart in Richtung zumindest einer auf der anderen Seite der Blende(n) angeordneten Probenaufnahme auszusenden, dass die Probe in der Probenaufnahme von dem ausgesendeten Licht durchleuchtet wird; sind eine erste Detektoreinrichtung und eine zweite Detektoreinrichtung in der Umgebung der zumindest einen Probenaufnahme vorgesehen und dazu angeordnet, das durch die Probe hindurchtretende Licht zu erfassen; und ist eine Referenzdetektoreinrichtung im direkten Lichtstrahl der Lichtquelle für eine Referenzmessung des Analyselichtstrahls angeordnet.
Alternativ bevorzugt ist die Probenaufnahme eine Mikrotiterplatte, ist eine Lichtquelle auf einer ersten Seite der Mikrotiterplatte vorgesehen und dazu angeordnet, den Analyselichtstrahl in einer Reflektionsgeometrie oder Transmissionsgeometrie derart auszusenden, dass die zumindest eine Probe in der Mikrotiterplatte von dem ausgesendeten Licht durchleuchtet werden; und ist eine Detektoreinrichtung auf einer zweiten Seite (bei Transmissionsgeometrie) bzw. der ersten Seite (bei Reflektionsgeometrie) der Mikrotiterplatte vorgesehen und dazu angeordnet, das durch die Probe hindurchtretende Licht zu erfassen.
Bevorzugt wird, wenn eine Küvette oder eine Mikrotiterplatte als die Probenaufnahme verwendet wird, die den pH-Wert ändernde Substanz zu der zu untersuchenden Flüssigkeit hinzugegeben.
Bevorzugt wird, wenn eine Küvette oder eine Mikrotiterplatte als die Probenaufnahme verwendet wird, die zu untersuchende Flüssigkeit zu der den pH-Wert ändernden Substanz hinzugegeben.
Bevorzugt werden bei einem Verwenden von Küvetten und/ oder bei einem Verwenden von Mikrotiterplatten mehrere Detektoren eingesetzt, welche gleichzeitige Messungen in unterschiedlichen Küvetten oder Vertiefungen der Mikrotiterplatte erlauben. Auf diese Weise kann gleichzeitig dieselbe zu untersuchende Flüssigkeit in unterschiedlichen pH-Umgebungen vermessen werden, oder parallelisiert unterschiedliche zu untersuchende Flüssigkeiten vermessen werden.
Bevorzugte Verfahrensschritte sind im Einzelnen in korrespondierenden Verfahren durchführbar.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur quantitativen Bestimmung einer Konzentration eines in einer Probe einer Flüssigkeit enthaltenen Stoffs weist die Schritte auf: Aufnehmen der Probe der der quantitativen Bestimmung zu unterziehenden Flüssigkeit in einer Probenaufnahme; Halten der Probenaufnahme in einer Auslesevorrichtung; Leiten eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs eines Analyselichtstrahls zu der in der Probenaufnahme aufgenommenen Probe; und Durchführen einer Extinktionsmessung und Bestimmen der Konzentration des in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffs aus einer Differenz erhaltener Extinktionswerte.
Das Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen: Benetzen eines zumindest ein als die Probenaufnahme dienendes Aufnahmefeld aufweisenden Teststreifens mit der Probe der der quantitativen Bestimmung zu unterziehenden Flüssigkeit; und Leiten des vorbestimmten Wellenlängenbereichs des Analyselichtstrahls zu dem zumindest einen Aufnahmefeld des Teststreifens.
Das Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen: dann, wenn das zumindest eine Aufnahmefeld des Teststreifens optisch durchlässig ausgebildet ist, Aussenden des Analyselichtstrahls des vorbestimmten Wellenlängenbereichs in Richtung des optisch durchlässigen Aufnahmefelds und Leiten des Analyselichtstrahls durch das optisch durchlässige Aufnahmefeld; und Erfassen des Lichts des durch das Aufnahmefeld gelangten Analyselichtstrahls.
Das Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen: dann, wenn das zumindest eine Aufnahmefeld des Teststreifens optisch reflektiv ausgebildet ist, Aussenden des Analyselichtstrahls des vorbestimmten Wellenlängenbereichs in Richtung des optisch durchlässigen Aufnahmefelds und Reflektieren des Analyselichtstrahls an dem optisch reflektiven Aufnahmefeld; und Erfassen des Lichts des an dem optisch reflektiven Aufnahmefeld reflektierten Analyselichtstrahls.
Das Verfahren kann ferner den Schritt aufweisen: Bestimmen der Position eines in der Auslesevorrichtung aufgenommenen Teststreifens.
Das Verfahren kann ferner den Schritt aufweisen: Ermitteln zumindest zweier Extinktionswerte aus dem durch das Aufnahmefeld gelangten Licht und Errechnen der Stoffkonzentration aus der Differenz der zumindest zwei ermittelten Extinktionswerte unter Verwendung einer Kalibrierung.
Das Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen: Aufheben der Oberflächenspannung der Probe zugunsten einer gleichförmigen Verteilung derselben auf dem Aufnahmefeld; und Verändern des pH-Werts der Probe auf dem Aufnahmefeld durch Mehrfachapplikation vorbestimmter Substanzen auf dasselbe Aufnahmefeld oder Ausbilden einer Pufferflüssigkeit mit einem vorbestimmten pH-Wert unter Verwendung einer in das Aufnahmefeld eingebetteten Substanz.
Das Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen: Erfassen des Signals eines ersten Aufnahmefelds mit einem ersten pH-Wert des Teststreifens mittels einer zu einem ersten Aufnahmefeld korrespondierenden ersten Detektoreinrichtung; Erfassen des Signals eines zweiten Aufnahmefelds mit einem zweiten pH-Wert des Teststreifens mittels einer zu einem zweiten Aufnahmefeld korrespondierenden zweiten Detektoreinrichtung; und Erfassen des durch ein fensterförmig ausgebildetes Referenzfeld des Teststreifens hindurchtretenden Lichts der Lichtquelle mittels einer zu dem Referenzfeld korrespondierenden Referenzdetektoreinrichtung als eine Referenz für eine Extinktionsmessung.
Das Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen: Erfassen eine Mehrzahl von Signalen des Aufnahmefelds in einer sequenziellen Folge von Extinktionsmessungen mittels einer zu einem Aufnahmefeld korrespondierenden Detektoreinrichtung; und Erfassen des durch ein fensterförmig ausgebildetes Referenzfeld hindurchtretenden Lichts der Lichtquelle mittels einer zu dem Referenzfeld korrespondierenden Referenzdetektoreinrichtung als eine Referenz für zumindest eine der Extinktionsmessungen.
Das Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen: Erfassen des Signals eines ersten Aufnahmefelds mit einem ersten pH-Wert des Teststreifens mittels einer zu einem ersten Aufnahmefeld korrespondierenden ersten Detektoreinrichtung, Erfassen des Signals eines zweiten Aufnahmefelds mit einem zweiten pH-Wert des Teststreifens mittels einer zu einem zweiten Aufnahmefeld korrespondierenden zweiten Detektoreinrichtung und Erfassen eines Ausgangsintensitätswerts des Lichts der Lichtquelle als eine Referenz für eine Extinktionsmessung durch eine vorangehende Nullmessung an der ersten Detektoreinrichtung und der zweiten Detektoreinrichtung.
Das Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen: Ausgeben der bestimmten Konzentration an eine Anzeigeeinrichtung; und Anzeigen der bestimmten Konzentration des in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffs auf einer Anzeigeeinrichtung.
Das Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen: Koppeln eines applikationsgesteuerten Mobilgeräts, Handheld-Geräts, Smartphones oder Tabletgeräts über eine drahtlose und/oder drahtgebundene Schnittstelle zur Verbindung mit der Detektoreinrichtung, einer Bestimmungseinrichtung, einem Netzwerk, das nicht mobile Einrichtungen beinhalten kann, und/oder einer Datenbank.
Bei dem Verfahren kann der zu bestimmende Stoff Kreatinin und/oder Harnsäure sein.
Das Verfahren kann ferner den Schritt aufweisen: Erkennen der Position der Probenaufnahme in der Auslesevorrichtung mittels einer in der Auslesevorrichtung angeordneten Erkennungseinrichtung.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 schematisch ein Extinktions-Wellenlängen-Diagramm anhand des Beispiels Kreatinin;
2A und 2B vereinfacht und beispielhaft Ausführungsformen von Teststreifen für die Messung von Kreatinin oder Harnsäure, die in nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen zusammenwirkend verwendbar sind;
3 schematisch eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Stoffkonzentration (Kreatinin oder analog dazu Harnsäure) in einer Flüssigkeit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem beispielsweise ein Teststreifen mit transmissiven Aufnahmefeldern und einem Referenzfeld verwendbar ist;
4 schematisch eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Stoffkonzentration (Kreatinin oder analog dazu Harnsäure) in einer Flüssigkeit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem beispielsweise ein referenzfeldloser Teststreifen mit transmissiven Aufnahmefeldern und Nullmessung verwendbar ist;
5 schematisch eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Stoffkonzentration (Kreatinin oder analog dazu Harnsäure) in einer Flüssigkeit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem beispielsweise ein referenzfeldloser Teststreifen mit reflexiven Aufnahmefeldern und gegebenenfalls Nullmessung verwendbar ist;
6 schematisch eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Stoffkonzentration (Kreatinin oder analog dazu Harnsäure) in einer Flüssigkeit gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel mit nur einer Reflexionseinheit und einer Positionsbestimmungseinheit, bei dem beispielsweise ein referenzfeldloser Teststreifen mit reflexiven Aufnahmefeldern verwendbar ist;
7 schematisch eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Stoffkonzentration (Kreatinin oder analog dazu Harnsäure) in einer Flüssigkeit in Übereinstimmung mit einem der ersten bis vierten Ausführungsbeispiele, bei welchen jeweils eine gekoppelte mobile Einrichtung mit einer Anzeigeeinheit anstelle der in den Ausführungsbeispielen eins bis vier verwendeten Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist;
8 schematisch ein Anwendungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Verbesserung im Rahmen einer bekannten Absorptionsspektrometrie;
9 schematisch ein weiteres Anwendungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Verbesserung im Rahmen einer bekannten Absorptionsspektrometrie; und
10 schematisch ein weiteres Anwendungsbeispiel im Rahmen bekannter Mikrotiterplatten-Systeme.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden in den einzelnen Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente und Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und zweckmäßig nicht redundant beschrieben. In Fällen, in welchen ein nachfolgendes Ausführungsbeispiel funktionell zumindest einem vorangehenden entspricht, d.h. entsprechende Funktionen, Anordnungen und/oder Betriebsabläufe gleichermaßen umfasst sind, wird zweckmäßig nur auf Unterschiede eingegangen.
1 zeigt schematisch ein Extinktions-Wellenlängen-Diagramm anhand des Beispiels Kreatinin. Entlang der Ordinate bzw. y-Achse ist die Extinktion als Maß für die Abschwächung einer Strahlung wie beispielsweise Licht nach Durchqueren eines Mediums aufgetragen, die abhängig ist von der Wellenlänge der Strahlung. Entlang der Abszisse bzw. x-Achse ist die Wellenlänge der Strahlung aufgetragen. Obwohl die Darstellung in 1 linksseitig vereinfachend verkürzt ist, zeigt 1 für die hier betrachtete, kreatininhaltige Flüssigkeit für unterschiedlicher pH-Werte (jeweils in durchbrochener bzw. durchgehender Linie dargestellt) lokale und detektierbare Extinktionsmaxima bei vorbestimmten Wellenlängen (216,2 nm und 234 nm). Kreatinin verändert also in Abhängigkeit des pH-Werts seiner Lösung das Extinktionsspektrum. Die Differenz der Extinktionswerte von Kreatinin bei zwei verschiedenen pH-Werten (z.B. 4 und 7.3) ist proportional zu dessen Konzentration in einer klaren Lösung wie Urin oder Blutplasma.
2A und 2B zeigen vereinfacht und beispielhaft Ausführungsformen von Teststreifen für die Messung von Kreatinin oder Harnsäure, die in nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen zusammenwirkend verwendbar sind. 2A zeigt genauer (linksseitig in Aufsicht und rechtsseitig in Seitenansicht) einen Teststreifen 4 mit einem ersten Aufnahmeabschnitt bzw. Aufnahmefeld 1 mit einem ersten pH-Wert A und einem zweiten Aufnahmeabschnitt bzw. Aufnahmefeld 2 mit einem zweiten pH-Wert B. Erkennungspunkte 4a, die zumindest Teil eines Erkennungssystems bilden, sind dazu angeordnet, die Erfassung der Positionierung des Teststreifens 4 in einem Auslesegerät zu ermöglichen. 2B zeigt eine Modifikation des Teststreifens 4 aus 2A, bei dem eine Vielzahl von Aufnahmefeldern 1, 2, ... mit jeweils unterschiedlichen pH-Werten angeordnet sind und die Erkennungspunkte 4a zu einer anderen Form modifiziert sind.
In anderen Worten beinhaltet die Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Teststreifen 4 mit zumindest einem Aufnahmefeld 1, vorzugsweise zumindest zwei Aufnahmefeldern 1, 2. Die Aufnahmefelder 1, 2 sind in der Lage, eine Probe einer biologischen Flüssigkeit wie beispielsweise Urin, Blutplasma, Blutserum, verbrauchte Dialysierflüssigkeit und dergleichen, aufzunehmen. Die Aufnahmefelder 1, 2 sind in der Lage, die Oberflächenspannung der Probe aufzuheben, um eine gleichförmige Verteilung derselben auf dem Aufnahmefeld zu ermöglichen. Die Position des Teststreifens 4 in einem noch zu beschreibenden Auslesegerät bzw. einer Auslesevorrichtung kann unter Verwendung eines Erkennungssystems 4a erfasst werden, das beispielsweise als ein optisches System und/oder ein magnetisches System ausgebildet sein kann. Die Aufnahmefelder 1, 2 des Teststreifens 4 sind für den entsprechenden Wellenlängenbereich der Analysewellenlänge der Auslesevorrichtung transparent. Das Aufnahmefeld 1, 2 ist derart gestaltet, dass der pH-Wert der Probe verändert werden kann. Dies kann auf verschiedene Arten geschehen. Beispielsweise kann eine Pipette mit einem festen Volumen zur Anwendung kommen, welche es erlaubt, die Aufnahmefelder 1, 2 mit einem erforderlichen, vorbestimmten (beispielsweise immer gleichen) Volumen zu benetzen. Anschließend kann mit derselben Pipette oder einer anderen (falls andere Volumina benötigt werden) eine vorbestimmte Menge einer Säure, beispielsweise Zitronensäure oder Essigsäure, auf das Aufnahmefeld 1, 2 appliziert werden, woraus eine Änderung des pH-Werts resultiert. Alternativ kann eine andere Ausführungsform eine eingebettete Substanz beinhalten, die bei Kontakt mit der biologischen Flüssigkeit eine Pufferflüssigkeit mit dem vorgesehenen pH-Wert bildet. Als ein solcher Puffer kann zum Beispiel der TRIS AMINO^® Buffer von ANGUS Chemical Company verwendet werden. Der Teststreifen 4 arbeitet in diesem Ausführungsbeispiel somit in Kombination bzw. Zusammenwirkung mit einer Auslesevorrichtung.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Auslesevorrichtung beschrieben.
Gemäß einem in 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel beinhaltet die Vorrichtung einen nach Art des in 2 dargestellten Teststreifen 4 und eine Auslesevorrichtung 9, die ein Erkennungssystem ist bzw. (hier nicht dargestellt) beinhaltet, und im Einzelnen in einem Gehäuse eine erste Detektoreinrichtung bzw. einen ersten Detektor oder Sensor 7, der zu dem ersten Aufnahmefeld 1 korrespondierend angeordnet ist, eine zweite Detektoreinrichtung bzw. einen zweiten Detektor oder Sensor 5, der zu dem zweiten Aufnahmefeld 2 korrespondierend angeordnet ist, eine dritte Detektoreinrichtung bzw. einen dritten Detektor oder Sensor 6, der einen Referenzdetektor bildet und zu dem Fensterfeld bzw. Referenzfeld 3 korrespondierend angeordnet ist, eine Lichtquelle 8, die beispielsweise eine Hg-Lampe, eine LED (Leuchtdiode), eine Laserdiode oder dergleichen sein kann, und eine Elektronikeinheit 10, die eine Bestimmungseinheit bildet und beispielsweise einen an sich bekannten Mikrocomputer oder Mikrocontroller nebst üblicher Peripherie und Ausstattung aufweisen und in an sich bekannter Weise gespeicherte Programmroutinen abarbeiten kann.
Außerhalb der Auslesevorrichtung 9 ist eine mit der Elektronikeinheit 10 gekoppelte bzw. verbundene Anzeigeeinrichtung 11 zur unter anderem Anzeige von von der Elektronikeinheit 10 ermittelten oder errechneten und ausgegebenen Ergebnissen, im vorliegenden Fall von beispielsweise Einstellwerten, Differenzwerten und/oder Stoffkonzentrationswerten und dergleichen, angeordnet.
Der mit jeweiligen Proben an den Aufnahmefeldern 1, 2 benetzte Teststreifen 4 wird, wie rechtsseitig in 3 angedeutet, so in einen Einschub 12 der Auslesevorrichtung 9 eingeschoben, dass die einzelnen Felder 1 bis 3 des Teststreifens 4 jeweils korrespondierend zu den Detektoreinrichtungen 5 bis 7 platziert sind. Gesteuert durch die Elektronikeinheit 10 emittiert die Lichtquelle 8 Analyselicht bzw. einen Analyselichtstrahl einer vorbestimmten Wellenlänge bzw. eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs in Richtung hin zu den Aufnahmefeldern 1 und 2 und dem Fensterfeld 3 (in 3 in durchbrochener Linie schematisch dargestellt). Die Aufnahmefelder 1 und 2 sowie das Fensterfeld 3 sind in diesem Fall optisch durchlässig (transmissiv) ausgebildet und lassen zumindest einen Teil des auf sie einfallenden Analyselichts durch, das auf die jeweils dahinter liegenden Detektoreinrichtungen 5 bis 7 fällt und dort mit einer gewissen Extinktion erfasst und als Messsignal an die mit jeder der Detektoreinrichtungen 5 bis 7 verbundene Elektronikeinheit 10 ausgegeben wird. Das Fensterfeld 3 ist hierbei vorzugsweise optisch klar und weitestmöglich lichtdurchlässig und dient zur Erfassung eines Analyselicht-Referenzsignals.
Das vorliegende erste Ausführungsbeispiel nutzt insoweit eine optische Transmissionsgeometrie, um das Extinktionssignal zu erhalten. Die Lichtquelle 8 durchleuchtet die optisch opak bis klar erzeugten Aufnahmefelder 1 und 2 sowie die Referenz bzw. das Fensterfeld 3 des Teststreifens 4. Hinter den durchleuchteten Aufnahmefeldern 1, 2 befinden sich die Detektoren 5 und 7 und messen die entsprechenden Signale. Der Detektor 7 erfasst dabei das Signal des Aufnahmefelds 1, und der Detektor 5 erfasst dabei das Signal des Aufnahmefelds 2. Das Licht der Lampe, welches durch das Fensterfeld 3 geleitet wird, wird von dem Detektor 6 erfasst und bildet die Referenz für die Extinktionsmessungen. Aus der Differenz der Extinktionswerte kann dann mit Hilfe beispielsweise einer Kalibriergeraden die Konzentration errechnet und über das Display 11 ausgegeben werden. Alternativ kann der Teststreifen nur ein Aufnahmefeld aufweisen, auf welchen Säure mehrfach aufgebracht werden kann und die Extinktionsmessung seriell bzw. aufeinanderfolgend durchgeführt wird. Ein solcher Teststreifen kann insoweit dann dazu ausgelegt sein, innerhalb eines Bestimmungsablaufs mehrfach verwendet zu werden.
Es wird angemerkt, dass erfindungsgemäß generell anstelle von Kreatinin auch Harnsäure bestimmbar ist. Die dazu vorzusehenden Anordnungen und Konfigurationen sind insoweit analog darstellbar, als lediglich eine andere Wellenlänge der Lichtquelle für die Detektoreinrichtung(en) zu wählen ist. Die Wellenlänge für Harnsäure kann beispielsweise zwischen 280 nm und 300 nm betragen. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Messung von Kreatinin und die Messung von Harnsäure auf einem kombinierten Teststreifen unterzubringen. Da Harnsäure geringfügig mit der Messung von Kreatinin interferiert, kann damit die Messung von Kreatinin verbessert werden.
4 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Stoffkonzentration (Kreatinin oder analog dazu Harnsäure) in einer Flüssigkeit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem beispielsweise ein referenzfeldloser Teststreifen mit transmissiven Aufnahmefeldern und Nullmessung verwendbar ist. Wie in 4 gezeigt ist, ist die Konfiguration des zweiten Ausführungsbeispiels zu der des ersten Ausführungsbeispiels grundlegend vergleichbar, beruht jedoch auf einem referenzfeld- und referenzdetektorlosen Teststreifen 4, bei dem ein Ausgangsintensitätswert durch eine vorherige Nullmessung an den Detektoreinrichtungen 5 und 7 erhalten wird. Die Nullmessung kann durch die Elektronikeinheit 10 durchgeführt werden.
5 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Stoffkonzentration (Kreatinin oder analog dazu Harnsäure) in einer Flüssigkeit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem beispielsweise ein referenzfeldloser Teststreifen mit reflexiven Aufnahmefeldern und gegebenenfalls Nullmessung verwendbar ist.
In der in 5 gezeigten Konfiguration sind anders als bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen ein reflexives erstes Aufnahmefeld 1 und ein reflexives zweites Aufnahmefeld 2 sowie eine erste und eine zweite Lichtquelle 8 vorgesehen. Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Reflexionsgeometrie ist derart angeordnet, dass die erste und die zweite Lichtquelle 8 Analyselicht mit einem vorbestimmten Einfallswinkel auf das erste bzw. das zweite Aufnahmefeld 1, 2 abstrahlen und die gegenüber den Lichtquellen 8 und den Aufnahmefeldern 1, 2 mit entsprechendem Winkelversatz, aber bezogen auf die Aufnahmefelder 1, 2 auf derselben Seite wie die Lichtquellen 8 angeordneten Detektoreinrichtungen 5 und 7 das an den jeweiligen Aufnahmefeldern 1, 2 reflektierte Licht erfassen.
In anderen Worten arbeitet das vorliegende Ausführungsbeispiel in Reflexionsgeometrie, da Extinktion und Reflexion stark miteinander zusammenhängen. In diesem Fall wird der reflektierte Strahl der Lichtquelle genutzt, um die Konzentration von Kreatinin zu erhalten. Ähnlich zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen werden Erfassungen aus den beiden Aufnahmefeldern 1, 2 genutzt, um die Extinktionsinformation zu erhalten. Eine eventuell benötigte Null-Reflexionsmessung kann an den noch unbenutzten bzw. noch nicht benetzten Aufnahmefeldern 1, 2 direkt vor der eigentlichen Messung durchgeführt werden.
6 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Stoffkonzentration (Kreatinin oder analog dazu Harnsäure) in einer Flüssigkeit gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, bei dem beispielsweise ein referenzfeldloser Teststreifen mit reflexiven Aufnahmefeldern und gegebenenfalls Nullmessung verwendbar ist. Das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel ist mit nur einer Reflexionseinheit 7, 8 und einer zusätzlichen Einheit 13 zur Positionsbestimmung des Teststreifens 4, die auf der Grundlage beispielsweise eines von einer LED emittierten Lichtstrahls mit den als Durchgangslöcher ausgebildeten Erkennungseinrichtungen 3 des Teststreifens 4 zusammenwirkt, konfiguriert. Dadurch kann im Rahmen einer durchgeführten UV/Vis-Spektrometrie (einer Spektroskopie, die elektromagnetische Wellen des ultravioletten und des sichtbaren Lichts nutzt) beispielsweise eine teure UV-Reflexionseinheit durch eine preiswertere Vis-Einheit ersetzt werden.
7 zeigt als ein fünftes Ausführungsbeispiel schematisch eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Stoffkonzentration (Kreatinin oder analog dazu Harnsäure) in einer Flüssigkeit in Übereinstimmung mit einem der ersten bis vierten Ausführungsbeispiele, bei welchen jeweils eine gekoppelte mobile Einrichtung mit einer Anzeigeeinheit anstelle der in den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen verwendeten Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist. In anderen Worten wird anstelle eines Displays ein Smartphone oder ein Tablet 14 oder dergleichen genutzt, welches mit Hilfe einer drahtlosen und/oder drahtgebundenen Schnittstelle, beispielsweise mittels WiFi, Bluetooth, einer USB-Kabelverbindung oder dergleichen, eine Verbindung mit dem Sensor aufnimmt, um entsprechende Daten zu erhalten. Eine Applikation auf dem Handy kann diesen Wert aufnehmen, darstellen und/oder einzelne Therapien speichern.
8 zeigt als ein sechstes Ausführungsbeispiel schematisch ein Anwendungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Verbesserung im Rahmen einer bekannten Absorptionsspektrometrie. Gemäß 8 beinhaltet eine Trommel 20 eine Vielzahl von für eine Zielwellenlänge (beispielsweise 254 nm) transparente Küvetten 22, welche eine zu messende Flüssigkeit enthalten. Die Trommel 20 ist zur Einstellung einer Position der Küvetten 22 drehbar. An einer Position A wird die sich dort befindende Küvette 22 mit Licht aus der Lichtquelle 8 durchleuchtet. Das Lichtbündel, in 8 schematisch in durchbrochener Linie angedeutet, wird zwecks besserer Linearität durch einen Spalt 24, beispielsweise einen solchen einer Blendeneinrichtung, gesendet. Zwei Detektoreinrichtungen, d.h. ein Messdetektor 26 und ein Referenzdetektor 28 messen eine Intensität, aus der anschließend die Extinktion des Analyten berechenbar ist. Eine Dispensionseinheit oder Dispensereinheit 30 kann nach einer ersten Messung des Analyten bei einem ersten pH-Wert (beispielsweise 7.3) mit Hilfe einer beispielsweise sauren Flüssigkeit in einem Behälter 32 den pH-Wert der Messlösung verändern. Danach kann ein zweiter Extinktionswert bei einem zweiten pH-Wert (beispielsweise 4) aufgenommen werden. Aus der Differenz der beiden Extinktionskoeffizienten kann im Anschluss eine Konzentration berechnet werden. Alle elektrischen und elektronischen Komponenten sind mit einer Recheneinheit verbunden und können darüber angesteuert bzw. ausgelesen werden.
9 zeigt als ein siebtes Ausführungsbeispiel schematisch ein weiteres Anwendungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Verbesserung im Rahmen einer bekannten Absorptionsspektrometrie. Dieses Ausführungsbeispiel betrifft spezieller die Messung von Proben biologischer Flüssigkeiten wie Urin, Blutplasma, Blutserum, verbrauchte Dialysierflüssigkeit und dergleichen in flüssiger Form. Im Stand der Technik sind hierzu Formate bekannt. Die nachfolgende Beschreibung orientiert sich beispielsweise an einem System, das unter der Bezeichnung Roche Cobas System c111 bekannt ist. Insbesondere nachteilig ist auch bei diesem System, dass die Herstellung von Enzymen aufwendig und kostenintensiv ist und dass die Lagerung von Enzymen teuer ist. Außerdem muss ihre Haltbarkeit durch die Aufbewahrung in einer kühlen Umgebung und in verschlossener und trockener Umgebung realisiert werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel werden diese Nachteile behoben und insbesondere bessere Lagerungsbedingungen und aufgrund dessen, dass applizierte Säure wesentlich günstiger als Enzyme ist, erhebliche Einsparungen und Verbesserungen erzielt.
Die Vorrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel ist in näherungsweise symmetrischer Geometrie angeordnet und beinhaltet, insoweit vergleichbar zu der Konfiguration des sechsten Ausführungsbeispiels, eine Dispensereinheit oder Dispensionseinheit 30, einen Behälter für eine pH-Shift-Flüssigkeit zur Verschiebung des pH-Werts der Probe bzw. Flüssigkeit, eine erste Detektoreinrichtung 26A für die Messung bzw. Bestimmung bei einem ersten pH-Wert, eine zweite Detektoreinrichtung 26B für die Messung bzw. Bestimmung bei einem zweiten pH-Wert, jeweils eine optisch durchlässige und einen Analyten enthaltende Küvette 5 vor jeder Detektoreinrichtung 26A bzw. 26B, eine Lichtquelle 8, wie beispielsweise eine Hg-Lampe oder dergleichen, eine Referenzdetektoreinrichtung 28 und eine entsprechende Anzahl von Blenden mit jeweils einem Spalt 24.
Wie in 9 gezeigt ist, befindet sich die Lichtquelle 8 zwischen zwei Blenden, die jeweils einen Spalt 24 aufweisen. Lichtstromabseitig, d.h. hinter den Blenden, sind die Küvetten 22 mit dem zu messenden Analyten angeordnet. Die Küvetten 22 werden vom Licht der Lichtquelle 8 durchleuchtet. Durch die Küvetten 22 hindurch gelangendes Licht trifft auf die lichtstromabseitig, d.h. hinter den Küvetten 22, angeordneten Detektoreinrichtungen 26A, 26B. Eine weitere Detektoreinrichtung 28 ist für eine Referenzmessung unterhalb der Lichtquelle angeordnet und liegt im direkten Lichtstrom der Beleuchtung 8. Mit Hilfe der Dispensionseinheit 30 wird in eine der beiden Küvetten 22 eine Flüssigkeit aus dem Behälter 32 zur Änderung bzw. Verschiebung des pH-Wertes injiziert. Auf diese Weise können die Extinktionen bei zwei unterschiedlichen pH-Werten zeitgleich gemessen werden. Aus der Differenz der beiden Extinktionswerte lässt sich anschließend wieder die gesuchte Konzentration des Analyten bestimmen. Bei Einsatz einer breitbandigen Lichtquelle 8 oder einer Lichtquelle 8 mit mehreren passenden Emissionslinien wird, zum Beispiel über optische Filter, die Auswahl unterschiedlicher Wellenlängen erlaubt, womit in der in 9 dargestellten Ausführungsform die Vermessung von unterschiedlichen Proben auf unterschiedliche Substanzen ermöglicht wird.
10 zeigt als ein achtes Ausführungsbeispiel schematisch ein weiteres Anwendungsbeispiel im Rahmen bekannter Mikrotiterplatten-Systeme. Im Einzelnen veranschaulicht 10 in ihrem linksseitigen Teil eine Konfiguration mit vorgefertigten Mikrotiterplatten, die im rechtsseitigen Teil der 10 im Hinblick auf eine Pipettierung modifiziert ist. Ein solches Mikroplatten-System oder Mikrotiterplatten-System beinhaltet im Wesentlichen eine Mikrotiterplatte 40, zumindest ein erstes Flüssigkeitsvorhalteelement 42 mit Pufferung auf einen ersten pH-Wert von beispielsweise 7,3, zumindest ein zweites Flüssigkeitsvorhalteelement 44 mit Pufferung auf einen zweiten pH-Wert von beispielsweise 3,8, eine Dispensereinheit 30, eine Lichtquelle 8 auf einer ersten Seite der Mikrotiterplatte 40 und eine Detektoreinrichtung 26 auf einer zweiten Seite der Mikrotiterplatte 40.
In anderen Worten ist dieses Ausführungsbeispiel zur Verwendung in Mikrotiterplattensystemen konfiguriert, bei welchen eine den pH-Wert ändernde Flüssigkeit in vorgefertigten Mikrotiterplatten (linker Teil des Bildes) vorgehalten wird. Die einzelnen Kammern können in Reflektionsgeometrie oder Transmissionsgeometrie durchstrahlt werden, um deren Extinktion zu erfassen. Dabei ist bei der Messung in Mikrotiterplatten insbesondere die Reflektionsgeometrie relevanter als die Transmissionsgeometrie. Durch jeweils Zugabe der zu untersuchenden biologischen Flüssigkeit mittels der Dispensereinheit 30, die beispielsweise in Form einer automatischen Pipette konfiguriert sein kann, können die für die Extinktionsmessungen benötigten Werte bei zwei oder mehr pH-Werten erfasst werden.
In der rechtsseitig in 10 gezeigten Modifikation wird die zu untersuchende biologische Flüssigkeit in sogenannte Mikrotitertubes pipettiert. Danach kann aus Behältern 42 und 44 der gewünschte pH-Wert eingestellt werden. Danach können unter Verwendung der Reflektionsgeometrie oder der Transmissionsgeometrie wieder für die Extinktionsmessungen benötigte Werte aufgenommen werden und kann sodann aus den erhaltenen Extinktionswerten die Konzentration des Analyten ausgerechnet werden. Der linksseitige Teil und der rechtsseitige Teil der 10 unterscheiden sich dadurch, dass linksseitig ein Volumen einer den pH-Wert ändernden Flüssigkeit in der Mikrotiterplatte 40 vorgehalten ist und die zu messende Flüssigkeit hinzudosiert wird, während rechtsseitig die Mikrotiterplatte 40 die zu messende Flüssigkeit aufnimmt und ein Volumen der den pH-Wert ändernden Flüssigkeit hinzudosiert wird. Der resultierende pH-Wert kann dabei beispielsweise mit Hilfe eines zusätzlichen pH-Sensors erfasst werden.
Vorstehend wurde somit eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Konzentration eines in einer Probe einer Flüssigkeit enthaltenen Stoffs beschrieben. Die Vorrichtung beinhaltet eine Probenaufnahme 1, 2, 4; 22; 40, die dazu angeordnet ist, die Probe der der quantitativen Bestimmung zu unterziehenden Flüssigkeit aufzunehmen und eine Auslesevorrichtung 9; 20; 40, die eine Halteeinrichtung für die Probenaufnahme 1, 2, 4; 22; 40 beinhaltet. Die Auslesevorrichtung 9; 20; 40 weist eine optische Geometrie 5, 6, 7, 8; 8, 24, 26, 28; 8, 26 auf, die dazu angeordnet ist, einen vorbestimmten Wellenlängenbereich eines Analyselichtstrahls zu der in der Probenaufnahme 1, 2, 4; 22; 40 aufgenommenen Probe zu leiten und eine Bestimmungseinrichtung 10, die dazu angeordnet ist, eine Extinktionsmessung durchzuführen und aus einer Differenz erhaltener Extinktionswerte die Konzentration des in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffs zu bestimmen. Die Vorrichtung ist ausgelegt für Teststreifen 4 mit zumindest einem Probenaufnahmefeld 1, 2, alternativ zur Verwendung von Küvetten 22; 42, 44, welche mit einem Analyselichtstrahl beaufschlagbar sind. An der Probe erfassen Detektoren 5, 6, 7; 26; 26A, 26B dort transmittiertes oder reflektiertes Licht, aus welchem die Bestimmungseinrichtung 10 die Extinktionswerte in Relation zum direkten Analyselichtstrahl ermittelt und die Stoffkonzentration bestimmt.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele und die in deren Kontext angegebenen Zahlenwerte und Größenordnungen beschränkt ist, sondern dass sich innerhalb des durch die nachstehenden Ansprüche definierten Schutzumfangs für den Fachmann gleichwohl naheliegend Modifikationen und Äquivalente ergeben können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

"Creatinine Sensors", Pundir et. al., Trends in Analytical chemistry 50 (2013) 42–52 [0004]
"Analytical methods for quantifying creatinine within biological media", Randviir et. al., Sensors and Actuators B 183 (2013) 239–252 [0004]

Claims

Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung einer Konzentration eines in einer Probe einer Flüssigkeit enthaltenen Stoffs, beinhaltend: eine Probenaufnahme (1, 2, 4; 22; 40), die dazu angeordnet ist, die Probe der der quantitativen Bestimmung zu unterziehenden Flüssigkeit aufzunehmen; und eine Auslesevorrichtung (9; 20; 40), die eine Halteeinrichtung (12; 20; 40) für die Probenaufnahme (1, 2, 4; 22; 40) beinhaltet, wobei die Auslesevorrichtung (9; 20; 40) aufweist: eine optische Geometrie (5, 6, 7, 8; 8, 24, 26, 28; 8, 26), die dazu angeordnet ist, einen vorbestimmten Wellenlängenbereich eines Analyselichtstrahls zu der in der Probenaufnahme (1, 2, 4; 22; 40) aufgenommenen Probe zu leiten; und eine Bestimmungseinrichtung (10), die dazu angeordnet ist, eine Extinktionsmessung durchzuführen und aus einer Differenz erhaltener Extinktionswerte die Konzentration des in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffs zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der: die Probenaufnahme (1, 2, 4) als ein Teststreifen (4) ausgebildet ist, der zumindest ein Aufnahmefeld (1, 2) mit einem vorbestimmten pH-Wert zur Benetzung mit einer Probe der der quantitativen Bestimmung zu unterziehenden Flüssigkeit aufweist; und die Auslesevorrichtung (9) dazu angeordnet ist, einen mit der Probe benetzten Teststreifen (4) aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der: das zumindest eine Aufnahmefeld (1, 2) des Teststreifens (4) optisch durchlässig ausgebildet ist; und die optische Geometrie (5, 6, 7, 8) eine Transmissionsgeometrie ist mit: einer Lichtquelle (8), die auf einer ersten Seite des optisch durchlässigen Aufnahmefelds (1, 2) vorgesehen und dazu angeordnet ist, den Analyselichtstrahl des vorbestimmten Wellenlängenbereichs in Richtung des optisch durchlässigen Aufnahmefelds (1, 2) auszusenden; und zumindest einer Detektoreinrichtung (5, 6, 7), die auf einer zweiten Seite des optisch durchlässigen Aufnahmefelds (1, 2) vorgesehen und dazu angeordnet ist, das Licht des durch das Aufnahmefeld (1, 2) gelangten Analyselichtstrahls zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der: das zumindest eine Aufnahmefeld (1, 2) des Teststreifens (4) optisch reflexiv ausgebildet ist; und die optische Geometrie (5, 6, 7, 8) eine Reflexionsgeometrie ist, mit: zumindest einer Lichtquelle (8), die auf einer ersten Seite des optisch reflexiven Aufnahmefelds (1, 2) vorgesehen und dazu angeordnet ist, den Analyselichtstrahl des vorbestimmten Wellenlängenbereichs in Richtung des optisch reflexiven Aufnahmefelds (1, 2) auszusenden; und zumindest einer Detektoreinrichtung (5, 6, 7), die auf der ersten Seite des optisch reflexiven Aufnahmefelds (1, 2) angeordnet ist, das Licht des an dem Aufnahmefeld (1, 2) reflektierten Analyselichtstrahls zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der: eine Positionsbestimmungseinheit (4a, 13) zur Bestimmung der Position eines in der Auslesevorrichtung aufgenommenen Teststreifens vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der: die Bestimmungseinrichtung (10) eine Recheneinheit beinhaltet, die dazu angeordnet ist, aus dem durch das Aufnahmefeld (1, 2) gelangten oder an dem Aufnahmefeld (1, 2) reflektierten Licht zumindest zwei Extinktionswerte zu ermitteln und aus der Differenz der zumindest zwei ermittelten Extinktionswerte unter Verwendung einer Kalibrierung die Stoffkonzentration zu errechnen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 6, bei der: die Flüssigkeit eine biologische Flüssigkeit ist; das Aufnahmefeld (1, 2) für einen vorbestimmten Wellenlängenbereich einer Analysewellenlänge der Auslesevorrichtung (9) transparent ist; das Aufnahmefeld (1, 2) dazu angeordnet ist, die Oberflächenspannung der Probe zugunsten einer gleichförmigen Verteilung derselben auf dem Aufnahmefeld (1, 2) aufzuheben; und das Aufnahmefeld (1, 2) dazu angeordnet ist, den pH-Wert der Probe auf dem Aufnahmefeld (1, 2) durch Mehrfachapplikation vorbestimmter Substanzen auf dasselbe Aufnahmefeld zu verändern oder das Aufnahmefeld eine darin eingebettete Substanz aufweist, die bei Kontakt mit der biologischen Flüssigkeit eine Pufferflüssigkeit mit einem vorbestimmten pH-Wert ausbildet.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 7, bei der: der Teststreifen (4) zumindest ein erstes Aufnahmefeld (1) mit einem ersten pH-Wert, zumindest ein zweites Aufnahmefeld (2) mit einem zweiten pH-Wert und ein Referenzfeld (3), das ein Referenzsignal des Teststreifens (4) bereitstellt, aufweist; und die optische Geometrie (5, 6, 7, 8) zumindest eine erste Detektoreinrichtung (7), die zu dem ersten Aufnahmefeld (1) korrespondiert, zumindest eine zweite Detektoreinrichtung (5), die zu dem zweiten Aufnahmefeld (2) korrespondiert und eine Referenzdetektoreinrichtung (6), die zu dem Referenzfeld (3) korrespondiert, aufweist, wobei die erste Detektoreinrichtung (7) das Signal des ersten Aufnahmefelds (1) erfasst, die zweite Detektoreinrichtung (5) das Signal des zweiten Aufnahmefelds (2) erfasst und die Referenzdetektoreinrichtung (6) das durch das Referenzfeld (3), das fensterförmig ausgebildet ist, hindurchtretende Licht der Lichtquelle (8) als eine Referenz für eine Extinktionsmessung erfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 7, bei der: der Teststreifen (4) ein Aufnahmefeld (1, 2) mit einem vorbestimmten pH-Wert und ein Referenzfeld (3), das ein Referenzsignal des Teststreifens (4) bereitstellt, aufweist; und die optische Geometrie (5, 6, 7, 8) eine Detektoreinrichtung (5, 7), die zu dem Aufnahmefeld (1, 2) korrespondiert und eine Referenzdetektoreinrichtung (6), die zu dem Referenzfeld (3) korrespondiert, aufweist, wobei die Detektoreinrichtung (5, 7) eine Mehrzahl von Signalen des Aufnahmefelds (1, 2) in einer sequenziellen Folge von Extinktionsmessungen erfasst und die Referenzdetektoreinrichtung (6) das durch das Referenzfeld (3), das fensterförmig ausgebildet ist, hindurchtretende Licht der Lichtquelle als eine Referenz für zumindest eine der Extinktionsmessungen erfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 7, bei der: der Teststreifen (4) zumindest ein erstes Aufnahmefeld (1) mit einem ersten pH-Wert und zumindest ein zweites Aufnahmefeld (2) mit einem zweiten pH-Wert aufweist; und die optische Geometrie (5, 7, 8) zumindest eine erste Detektoreinrichtung (7), die zu dem ersten Aufnahmefeld (1) korrespondiert und zumindest eine zweite Detektoreinrichtung (5), die zu dem zweiten Aufnahmefeld (2) korrespondiert, aufweist, wobei die erste Detektoreinrichtung (7) das Signal des ersten Aufnahmefelds (1) erfasst und die zweite Detektoreinrichtung (5) das Signal des zweiten Aufnahmefelds (2) erfasst und ein Ausgangsintensitätswert des Lichts der Lichtquelle als eine Referenz für eine Extinktionsmessung durch eine vorangehende Nullmessung an der ersten Detektoreinrichtung (7) und der zweiten Detektoreinrichtung (5) erfasst wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: eine Anzeigeeinrichtung (11) zur Anzeige der bestimmten Konzentration des in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffs vorgesehen ist; und die Bestimmungseinrichtung (10) die bestimmte Konzentration an die Anzeigeeinrichtung (11) ausgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der: die Anzeigeeinrichtung (11) Teil eines applikationsgesteuerten Mobilgeräts, Handheld-Geräts, Smartphones oder Tabletgeräts ist, welches zur Verbindung mit der Detektoreinrichtung (5, 6, 7), der Bestimmungseinrichtung (10), einem Netzwerk und/oder einer Datenbank mittels einer drahtlosen und/oder drahtgebundenen Schnittstelle mit der Auslesevorrichtung (9) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Stoff Kreatinin und/oder Harnsäure ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit: einer Erkennungseinrichtung (13), die in der Auslesevorrichtung (9) angeordnet und dazu ausgelegt ist, die Position der Probenaufnahme (1, 2, 3, 4) in der Auslesevorrichtung (9) zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der: die Probenaufnahme (22) eine Küvette (22) ist; eine erste und eine zweite Blende (24) beabstandet zueinander angeordnet sind; eine Lichtquelle (8) zwischen der ersten Blende (24) und der zweiten Blende (24) vorgesehen und dazu angeordnet ist, den Analyselichtstrahl durch eine in den zueinander beabstandeten Blenden ausgebildete Öffnung in einer Transmissionsgeometrie derart in Richtung zumindest einer auf der anderen Seite der Blenden angeordneten Probenaufnahme (22) auszusenden, dass die Probe in der Probenaufnahme (22) von dem ausgesendeten Licht durchleuchtet wird; eine erste Detektoreinrichtung (26A) und eine zweite Detektoreinrichtung (26B) in der Umgebung der zumindest einen Probenaufnahme (22) vorgesehen und dazu angeordnet sind, das durch die Probe hindurchtretende Licht zu erfassen; und eine Referenzdetektoreinrichtung (28) im direkten Lichtstrahl der Lichtquelle (8) für eine Referenzmessung des Analyselichtstrahls angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der: die Probenaufnahme (42, 44) eine Mikrotiterplatte (40) ist; eine Lichtquelle (8) auf einer ersten Seite der Mikrotiterplatte (40) vorgesehen und dazu angeordnet ist, den Analyselichtstrahl in einer Transmissionsgeometrie derart auszusenden, dass die zumindest eine Probenaufnahme (42, 44) und die Probe in der Mikrotiterplatte (40) von dem ausgesendeten Licht durchleuchtet werden; und eine Detektoreinrichtung (26) auf einer zweiten Seite der Mikrotiterplatte (40) vorgesehen und dazu angeordnet ist, das durch die Probe hindurchtretende Licht zu erfassen.
Verfahren zur quantitativen Bestimmung einer Konzentration eines in einer Probe einer Flüssigkeit enthaltenen Stoffs, beinhaltend: Aufnehmen der Probe der der quantitativen Bestimmung zu unterziehenden Flüssigkeit in einer Probenaufnahme (1, 2, 4; 22; 42, 44); Halten der Probenaufnahme (1, 2, 4; 22; 42, 44) in einer Auslesevorrichtung (9; 20; 40); Leiten eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs eines Analyselichtstrahls zu der in der Probenaufnahme (1, 2, 4; 22; 42, 44) aufgenommenen Probe; und Durchführen einer Mehrzahl von Extinktionsmessungen bei unterschiedlichen pH-Werten und Bestimmen der Konzentration des in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffs aus einer Differenz erhaltener Extinktionswerte.