DE112005001985T5

DE112005001985T5 - Vorrichtung zur Blutanalyse

Info

Publication number: DE112005001985T5
Application number: DE112005001985T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Tsukuba Horiike; Akio Tsukuba Oki; Hiroko Tsukuba Kouda
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2005-08-18
Publication date: 2007-07-12
Also published as: JP2006058093A; US20080138890A1; WO2006019182A1

Abstract

Vorrichtung zur Blutanalyse von Plasmabestandteilen, welche ein schichtartiges Substrat aufweist, das eine Bluteinlassöffnung, einen mit der Öffnung verbundenen Führungskanal zum Leiten der Vollblutprobe, einen Strömungskanal zur Trennung von Blutzellen und Plasma und einen Führungskanal für das Plasma umfasst, und das mit Mitteln zum Einleiten der Vollblutprobe von der Bluteinlassöffnung durch Einsatz von Zentrifugalkräften umfasst, um Blutzellen und Blutplasma voneinander zu trennen, das Plasma durch den Führungskanal weiterzuleiten und in einen Strömungskanal einzuleiten, in welchen trockenchemische Reagenzien einbringbar sind, so dass eine Reaktion der zu untersuchenden Plasmabestandteile mit den trockenchemischen Reagenzien ermöglicht wird, wobei Mittel zur Einleitung von Licht und ein optischer Detektor vorgesehen sind, um die Abschwächung des Lichts nach Durchqueren der Probe zu bestimmen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Blutanalyse, die aus mikrorillenartigen Strömungskanälen besteht, welche in ein Substrat aus isolierendem Material, wie beispielsweise eine Quartzglasplatte, eine Polymerharzplatte oder ähnliches eingebracht wurden und in welche eine Probe mit Testsubstanzen eingeleitet werden kann.
Technischer Hintergrund
Zur Untersuchung eines Patienten oder zur Bestimmung des Krankheitsstatus wurden in der Vergangenheit große Mengen Blut, beispielsweise mehrere Kubikzentimeter, von einem Patienten abgenommen und die Diagnose wurde anhand von Messwerten vorgenommen, die man mittels groß dimensionierter, automatischer Blutanalysegeräte ermittelt hat. Solche automatisierten Blutanalysegeräte wurden üblicherweise in medizinischen Einrichtungen, wie beispielsweise einem Krankenhaus, installiert. Sie hatten große Abmessungen und benötigten zu ihrem Betrieb technisch qualifiziertes Personal.
In den letzten Jahren konnte man jedoch einen Trend zur Entwicklung und Anwendung von neuartigen Geräten für den praktischen Einsatz beobachten, bei denen unterschiedliche Analysegeräte, wie beispielsweise Sensoren, durch Anwendung von Mikroprozessverfahren, wie sie bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen in technisch hochentwickelter Form eingesetzt werden, auf einem Substrat mit einer Fläche von nur wenigen mm² bis zu wenigen cm² angeordnet werden. Körperfluide, wie beispielsweise Blut eines Probanden, werden in ein solches Geräten eingeleitet und innerhalb weniger Augenblick ist es möglich, den Gesundheitszustand des Probanden zu überprüfen. Das Erscheinen solcher kostengünstiger Geräte ermöglicht ein tägliches Gesundheitsmanagement älterer Menschen zu Hause, was in unserer zunehmend veralternden Gesellschaft eine Verringerung der steigenden Krankheitsversicherungskosten ermöglicht. Außerdem erlaubt eine solche Vorrichtung eine schnelle Beurteilung des Vorliegens oder Fehlens von Infektionskrankheiten (Hepatitis, Aids, usw.) eines Probanden im Fall einer Notfallbehandlung, was die rasche Einleitung geeigneter Maßnahmen ermöglicht. Daher können von derartigen Geräten verschiedenste gesellschaftliche Effekte erwartet werden, was dieses technische Gebiet ungewöhnlich attraktiv macht. Als Ersatz für die oben beschriebenen automatisierten Analysegeräte wurde in der Vergangenheit ein einfaches Blutanalyseverfahren und ein kleines Blutanalysegerät entwickelt, mit dem Blutanalysen zu Hause vom Patienten selbst durchgeführt werden können (vgl. Patent Dokument 1).
Patent Dokument 1 beschreibt ein Blutanalysegerät, das als Mikromodul ausgebildet ist, wobei ein mikrorillenartiger Strömungskanal auf einem Polymersubstrat vorgesehen ist, an dessen einem Ende eine Nadel montiert ist, wobei Blut mittels einer am anderen Ende angeordneten Pumpe aus der Nadel in die Rille geleitet wird. Dabei wird das Blut in einem U-förmigen Strömungskanal geführt und dort zentrifugiert, um die Blutzellen vom Plasma zu trennen. Das Plasma wird dann durch die Pumpe zu einem elektrochemischen Sensor geleitet, um die Konzentration der Testsubstanz im Plasma zu messen. Als Ergebnis der Messung erhält man den pH-Wert des Blutes und die jeweiligen Konzentrationen von Sauerstoff, Kohlendioxid, Natrium, Kalium, Kalzium, Glukose, Milchsäure usw.
Mit dem elektronischen Sensor ist es jedoch nicht leicht, die Aktivität der Enzyme γ- GTP, GOT und GPT, welche in die Testsubstanzen zur Bestimmung von Leberfunktionen darstellen, oder die Konzentrationen des Gesamtcholesterins oder der neutralen Fettsäuren zu bestimmen. Die Aktivität der Enzyme γ-GTP, GOT und GPT können beispielsweise mit einem kolorimetrischen Messverfahren bestimmt werden, wie es im Patent Dokument 2 beschrieben ist. Folglich werden mit groß dimensionierten automatischen Blutanalysegeräten Ionen, wie beispielsweise Natrium und Kalium elektrochemisch gemessen, aber andere Größen werden hauptsächlich durch das kolorimetrische Verfahren gemessen.

Patent Dokument 1: veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2001-258868
Patent Dokument 2: japanische Patentanmeldung Nr. 2003-346436
Patent Dokument 3: japanische Patentanmeldung Nr. 2003-126758

Beschreibung der Erfindung
Bei dem automatisierten Blutanalysegerät wird eine größere Menge Blut abgenommen und eine größere Menge des Plasmas sowie eine größere Menge einer Substratpufferlösung werden in einem Teströhrchen gemischt und die Reaktion wird durch eine Absorptionsmessung ausgewertet. Wenn dieses Verfahren jedoch unter Verwendung eines Polymersubstrats oder ähnlichem mit einer Fläche von nur wenigen cm² durchgeführt werden soll in welchem miniaturisierte Strömungskanäle ausgebildet sind, in die nur eine sehr geringe Blutmenge eingeleitet wurde, wird zunächst ein spezieller Strömungskanal benötigt, um das Plasma und eine größere Menge der Substratpufferlösung zu vermischen, wie dies in den Patentdokumenten 2 und 3 beschrieben ist.
Gemäß Patent Dokument 2 erfolgt das Rühren durch Zentrifugalkräfte unter Verwendung von zwei Drehzentren auf dem Chip, während in Dokument 3 eine mehrstufige Mischkammer beschrieben wird. Das erstere System ist jedoch insofern kompliziert, weil zwischen zwei Drehzentren gewechselt werden muss, während beim letzteren System die Anzahl der Mischkammer erhöht werden muss, um ein homogenes Gemisch zu erhalten. Außerdem ist auf dem Blutanalysechip ein Mischer vorhanden, was dessen Fläche vergrößert. Zudem liegt das Mischverhältnis von Plasma oder Serum und Substratpufferlösung im allgemeinen im Bereich von 1 10 bis 1 : 40, abhängig von der jeweiligen Testsubstanz. Um dieses Verhältnis beizubehalten ist ein genaues Abmessen von Plasma und Pufferlösung äußerst wichtig. Um dies in einem miniaturisierten Strömungskanal zu erreichen ist eine hochpräzise Prozessführung in dem miniaturisierten Strömungskanal zur Speicherung des Plasmas und der Substratpufferlösung erforderlich. Außerdem beobachtet man bei langer Lagerung der Substratpufferlösung innerhalb des ein Polymermaterial umfassenden Strömungskanalsubstrats, dass die Lösung durch Sauerstoff, der durch das Polymermaterial dringt, denaturiert wird, was Lagerhaltung sehr schwierig gestaltet. Andererseits kann es vorteilhaft sein, wenn die von außerhalb abgewogene Lösung in den miniaturisierten Strömungskanal abgegeben wird, ohne die Substratpufferlösung dort zu lagern, was aber erfordert, dass ein zusätzliches Gefäß für die Substratpufferlösung in dem Messgerät bereitgestellt wird. Außerdem wird ein Schlauch zur Abgabe der Substratpufferlösung benötigt, der an der richtigen Stelle des Mikroströmungskanals zur Lagerung positioniert wird, was zu einer zusätzlichen Komplikation und Vergrößerung des Messgeräts führt, so dass es für den Heimeinsatz nicht geeignet ist.
Es sind jedoch auch miniaturisierte Blutanalysegeräte auf dem Markt erhältlich, welche trockenchemische Verfahren einsetzen, wie beispielsweise von Leftron (Boehringer Mannheim, Deutschland), Vitros (Johnson & Johnson, USA), Fuji Drychem (Fuji Photo Film Co., Ltd.) und SpotChem (Arkray Inc., Kyoto). Deren Aufbau ist in 1 am Beispiel von Fuji Drychem dargestellt, wo eine Reagenzschicht 102 mit dem bei der Analysereaktion erforderlichen Reagenz auf einem als transparenten Träger ausgebildeten Reagenzträger (Kunststofffolie) 101 aufgetragen ist. Das für die Reaktion benötigte Reagenz wird anwendungsbereit in getrockneter Form in einem Gel der Reagenzschicht vorgehalten. Außerdem erlaubt eine Reflektionsschicht 103 die Durchführung einer Reflektionsphotometrie. Eine Verteilungsschicht 104 zur Probenverteilung ist gleichmäßig darauf derart laminiert, dass insgesamt eine vierlagige Struktur gebildet wird. Etwa 10 μl einer Plasma- oder Serumprobe 105 werden auf die Verteilungsschicht auf der Oberseite des Films aufgetropft und die Probe breitet sich gleichmäßig radial in Querrichtung aufgrund von Kapillarphänomenen in der Verteilungsschicht aus und dringt dann in die Reflektionsschicht ein. Die Reflektionsschicht und die Reagenzschicht, die mit dem Gel vermischt ist, absorbieren die Blutkomponenten, wobei jeweils eine konstante Probenmenge pro Flächeneinheit absorbiert und gespeichert werden. Die absorbierte Probe und das in der Reagenzschicht enthaltene Reagenz reagieren zusammen und verursachen eine Farbänderung, welche der Probenkomponente entspricht. Ein auf die resultierende Farbentwicklung abgestimmter einfallender Lichtstrahl 104 wird von der Trägerseite her auf die Schichtstruktur gelenkt und die Intensität des reflektierten Lichts 104 gemessen. Daraus lässt sich die Konzentration der gesuchten Komponente in der Probe abschätzen. In der Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 106 einen Spalt, während die Bezugsziffer 107 einen Kunststoffhalter bezeichnet.
Das trockenchemische Verfahren stellt eine Analysemethode dar, bei welcher das Reagenz trocken oder nahezu trocken gelagert wird und mit einer Probe in Kontakt kommt, die sich zum Messzeitpunkt im flüssigen Zustand befindet. Eine chemische Reaktion findet dann erstmals in einer Matrix statt, welche das Reagenz enthält. Wenn das Reagenz vorab vorbereitet wurde hat es den großen Vorteil, das kein genaues Abmessen und Mischen des Plasmas oder des Serums und der Substratpufferlösung erforderlich ist, wie dies bei dem oben beschriebenen kolorimetrischen Verfahren der Fall ist. Die vorliegende Erfindung will auf diese Gegebenheiten zurückgreifen und der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Substratstruktur bereitzustellen, die es ermöglicht, eine sehr geringe Blutmenge (einige μl oder weniger) in einen mikrorillenartigen Strömungskanal einzuführen, der in einem isolierenden Substrat, wie beispielsweise einer Quarzplatte oder einer Polymerharzplatte ausgebildet ist, dieses Substrat zu zentrifugieren und das dabei gewonnene Plasma in einen Strömungskanal mit elektrochemischem Sensor und einen Strömungskanal mit einem darin enthaltenen trockenchemischen Reagenz einzuleiten und anschließend Licht einzukoppeln, dessen Wellenlänge auf den Nachweis einer bestimmten durch die Reaktion des Plasmas in dem Strömungskanal mit dem trockenenchemischen Reagenz entstandenen Farbentwicklung angepasst ist.
Zur Lösung dieses technischen Problems stellt die Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform eine Vorrichtung zur Blutanalyse zum Untersuchen von Plasmakomponenten bereit, welche Mikroströmungskanäle mit unterschiedlichen Funktionen auf einem Substrat umfasst. Über eine Einlassöffnung wird eine Vollblutprobe in einen Strömungskanal zur Abtrennung von Blutzellen und Plasma geleitet, wobei man unter Einsatz von Zentrifugalkräften eine Plasmafraktion innerhalb des Substrates abtrennt, das Plasma über einen Führungsströmungskanal weiterleitet und in einen Strömungskanal fördert, weicher ein trockenchemisches Reagenz aufweist, welches mit der zu untersuchenden Plasmakomponente reagieren kann. Anschließend wird die Reaktion optisch ausgewertet, indem man Licht einleitet und dessen Veränderung mit einem optischen Empfänger misst.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt, wobei eine Blutabnahmeanordnung, die eine Blutabnahmenadel und einen Schlauch zur Verbindung mit dem Vollblutreservoir umfasst, in eine Einlassöffnung für das Vollblut eingesetzt wird, die in dem Substrat der Blutanalysevorrichtung ausgebildet ist. Das Vollblut wird in einen Strömungskanal zur Trennung der Blutzellen und des Plasmas aus dem über die Öffnung eingeleiteten Blut gefördert, indem man die Anordnung um eine erste Drehachse, die sich außerhalb des Substrats in axialer Richtung der Blutsammelanordnung befindet, rotieren lässt, wodurch die Blutzellenfraktion und die Plasmafraktion sich aufgrund der Wirkung von Zentrifugalkräften trennen. Es ist daher kein Ansaugen mittels einer Pumpe oder eine Druckbeaufschlagung von außen erforderlich und auch keine Öffnungen und Schläuche für deren Anschluss, was eine vereinfachte Konstruktion der Vorrichtung ermöglicht und deren Miniaturisierung begünstigt.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen der ersten oder zweiten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt, wobei der Strömungskanal zur Trennung der Blutzellen vom Blutplasma einen Strömungskanal umfasst, der zahlreiche Rillen aufweist. Zunächst wird eine Vorrichtung bereitgestellt, bei der die Öffnung zur Einleitung des Vollblutes mit einem Führungskanal zur Abgabe des Vollblutes versehen ist, wobei der Führungskanal zur Abgabe des Vollblutes mit einer Rille verbunden ist, die, von der Bluteinlassöffnung her gesehen, mit der Unterseite einer Rillengruppe verbunden ist, in welcher mehrere rillenartige Strömungskanäle ungefähr bogenförmig um die Bluteinlassöffnung herum und in Richtung der Bluteinlassöffnung angeordnet sind, wobei das Vollblut über den Führungskanal zur Abgabe des Vollblutes durch Rotation um die erste Drehachse in den rillenartigen Strömungskanal geleitet wird. Durch diese Drehung wird die Blutzellenfraktion an der Unterseite des rillenartigen Strömungskanals abgetrennt, während die Plasmafraktion an der Oberseite des rillenartigen Strömungskanals abgetrennt wird. Der oben erwähnte rillenartige Strömungskanal ist in JP-A Nr. 2001-258868 beschrieben und dadurch charakterisiert, dass die Testkomponente direkt gemessen werden kann, indem ein elektrochemischer Biosensor in dem den Überstand auf der Oberseite bildenden Plasma angeordnet wird. Wenn diese Erfindung bei der vorliegenden Erfindung verwirklicht wird, ist es nötig, das ungefähr gewichtete Plasma zur Messung in den folgenden Kanal zu übertragen.
Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt, wobei der Strömungskanal zur Abtrennung der Blutzellen und des Plasmas als im wesentlichen U-förmiger Strömungskanal ausgebildet ist. Vorzugsweise bildet der Strömungskanal ein sich nach außen leicht öffnendes U. Erfindungsgemäß ist ein Ende des U-förmigen Strömungskanals mit dem Führungskanal zur Abgabe des Blutes verbunden, der wiederum mit der Bluteinlassöffnung verbunden ist, wobei das Vollblut durch Rotation der Vorrichtung um die erste Querachse in den U-förmigen Strömungskanal geleitet wird. Die erste Drehachse befindet sich auf dem Substrat oberhalb der Bluteinlassöffnung vom unteren Ende des U-förmigen Strömungskanals, so dass beim Zentrifugieren die Blutzellenfraktion in dem gekrümmten Teil des unteren Endes des U-förmigen Strömungskanals anfällt, während die Plasmafraktion in dessen oberem Bereich abgetrennt wird. Die Grundlagen dieser Erfindung wurden in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-346436 gemäß Patent Dokument 2 beschrieben, während die vorliegende Anmeldung eine neue Ausführungsform dieser Erfindung betrifft, bei welcher das den Überstand bildende Plasma mit einem trockenchemisch arbeitenden Sensor untersucht wird.
Gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung auf der Basis der ersten oder dritten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt, wobei die Testkomponente durch trockenchemische Verfahren analysiert wird. Speziell weist jedes der anderen Enden der zahlreichen rillenartigen Strömungskanäle, die in der dritten Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurden, einen Führungskanal für das Plasma auf, ein Plasmareservoir zum Abmessen des Plasmas, ein Kapillarventil und einen Strömungskanal zur Einbringung eines trockenchemischen Reagenz, die in dieser Reihenfolge seriell miteinander verbunden sind. Die Rotation erfolgt, wie in der dritten Ausführungsform der Erfindung beschrieben, um die zweite Drehachse, so dass das Plasma durch Zentrifugalkräfte von dem die Plasmafraktion aufnehmenden Bereich durch die entsprechenden Führungskanäle in die jeweiligen Plasmareservoirs zum Abmessen des Plasmas geleitet wird. Wenn man die Zentrifugalkraft weiter erhöht, wird das abgemessen Plasma über die jeweiligen Kapillarventile in die entsprechenden Strömungskanäle mit trockenchemischem Reagenz geleitet. Das Trockenreagenz reagiert mit den zu untersuchenden Plasmakomponenten mit konstanter Konzentration in Längsrichtung des Reagenzkanals. Eine Reihe von Plasmaabgaben wird ohne den Einsatz von Pumpen oder von Luftdruck ausgeführt, was den Betrieb vereinfacht und eine Miniaturisierung der Vorrichtung erlaubt.
Gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, welche auf der ersten oder vierten Ausführungsform der Erfindung beruht, welche ein schichtartiges Substrat umfasst, welches hergestellt wird, indem man zunächst mehrere Führungskanäle zur Blutabgabe, die sich am Strömungskanal des anderen Endes des U-förmigen Strömungskanals verzweigen, wobei ein Führungskanal für das Plasma, ein Blutreservoir, ein Reservoir zum Abmessen des Plasmas, ein Kapillarventil und einen Strömungskanal zum Einführen des Plasmas miteinander in dieser Reihenfolge seriell verbunden auf einem Substrat angeordnet sind. Anschließend wird eine Schicht zur Verteilung des Plasmas über dem Strömungskanal zur Einführung des Plasmas angeordnet, wobei sich die jeweils unterhalb eines Substrats anschließt, welches einen Bereich mit mehreren Löchern und einen Strömungskanal zur Injektion eines trockenchemischen Reagenz für kolorimetrische Messungen in dieser Reihenfolge in vertikaler Richtung aufweisen. Die Flächen sind jeweils gleich für die Schicht zur Verteilung des Plasmas, dem Bereich, in welchem die zahlreichen Löcher vorgesehen sind, und den Strömungskanal zur Injektion eines trockenchemischen Reagenz für kolorimetrische Messungen. Anschließend wird durch Drehung um die zweite Drehachse, die sich, gesehen von dem Strömungskanal in etwa senkrechter Richtung zum U-förmigen Strömungskanal außerhalb des Substrates befindet, das Plasma in dem U-förmigen Strömungskanal durch Zentrifugalkraft in den Strömungskanal zur Injektion eines trockenchemischen Reagenz für kolorimetrische Messungen geleitet.
Das Plasma aus dem Plasmaverteilungskanal wird in den Strömungskanal zur Injektion eines trockenchemischen Reagenz für kolorimetrische Messungen durch eine Öffnung im unteren Bereich eingeleitet, wobei die Zentrifugalkraft, die hierzu eingesetzt wird, senkrecht zu dem Loch wirkt. Allerdings bildet das Ende des Strömungskanals für das Plasmareservoir in der Richtung, in welcher die Zentrifugalkraft angreift, als Wand, was dazu führt, dass dann, wenn der Strömungskanal des Plasmareservoirs voll mit Plasma ist, sich aufgrund der wirkenden Zentrifugalkraft ein Druck in dem Plasma ausbildet, der zu einer Einleitung des Plasmas in die darunter befindliche Öffnung führt. Auf diese Weise ist es möglich, Plasma in den Strömungskanal mit trockenchemischem Reagenz allein unter Verwendung der Zentrifugalkraft zu leiten.
Gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß der fünften oder sechsten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt, wobei ein Reservoir zur Aufnahme von zusätzlichem Plasma an der Wand der stromaufwärtigen Seite des Reservoirs zum Abmessen des Plasmas vorgesehen ist. Wenn zusätzliches Plasma eingeleitet wird, wenn die festgelegte Menge an Plasma in das Plasmareservoir durch Zentrifugalkräfte geleitet wird, wird es in ein Reservoir für überschüssiges Plasma auf der Außenseite über einen Führungskanal zur Abgabe von verbrauchtem Plasma geführt, der an der Seitenwand angeordnet ist, so dass sichergestellt ist, dass die richtige Plasmamenge in das Reservoir zum Abmessen des Plasmas geleitet wird.
Gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß der fünften oder sechsten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Injektionsöffnung und eine Ablassöffnung in dem Strömungskanal für das trockenchemische Reagenz vorgesehen sind, so dass das trockenchemische Reagenz in den Strömungskanal eingeleitet werden kann, um dort eine festgelegte Menge trockenchemisches Reagenz einzubringen und überschüssiges Reagenz abzuleiten.
Das trockenchemische Reagenz kann in einem gelartigen Zustand hergestellt werden, wodurch die Einleitung einer vorgegebenen Menge Gel in den erfindungsgemäßen Mikroströmungskanal erleichtert wird.
Gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung nach der sechsten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt, bei welcher der Strömungskanal zur Injektion eines trockenchemischen Reagenz für kolorimetrische Messungen dadurch gekennzeichnet ist, dass beide Enden in Längsrichtung in einem Winkel von 45 Grad angeordnete Wände aufweisen, wobei das Innere mit Metall oder ähnlichem beschichtet ist und eine Faser zur optischen Ein- und Auskopplung senkrecht von der Unterseite oder der Oberseite des Substrates zugeführt wird, so dass Licht unter einem Winkel von 45 Grad an den Wänden reflektiert wird.
Das Innere des Strömungskanals ist mit einem Material beschichtet, wie beispielsweise Metall, welches optische Lecks und auch den Eintritt von störendem Umgebungslicht verhindert, so dass Licht einer gewissen Wellenlänge von der Ober- oder Unterseite des Substrats in den Strömungskanal für kolorimetrische Messungen eingekoppelt werden kann, um Farbentwicklungen oder Farbänderungen, die aufgrund der Reaktion des trockenchemischen Reagenz mit dem zu untersuchenden Komponenten oder Stickstoff in dem eingeleiteten Plasma hervorgerufen werden, zu untersuchen, ohne dass es bei der Ausbreitung des Lichts innerhalb des Strömungskanals zu Abschwächungen durch Absorption des Lichtes an den Innenwänden usw. kommt, so dass sichergestellt werden kann, dass eine Abschwächung des eingekoppelten Lichts nur aufgrund der chemischen Reaktion bei der Farbentwicklung, Farbänderung usw. erfolgt, die dann mit einem Detektor gemessen werden. Außerdem verhindert diese Ausführungsform den Eintritt von Streulicht aus der Umgebung. Außerdem weisen die beiden Enden des Strömungskanals in Längsrichtung Wände auf, die einen Winkel von 45 Grad besitzen, und die optischen Einkopplungs- und Auskopplungsfasern werden um diese Wände herum angeordnet, so dass Licht durch Reflektion an diesen 45 Grad-Wänden mit hoher Effizienz eingekoppelt und ausgekoppelt werden kann.
Gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen der sechsten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt, wobei eine optische Faser zur Ein- und Auskopplung von Licht an beiden Enden des Strömungskanals in Längsrichtung entlang der Achsen des Strömungskanals eingeführt wird, während das Innere des Strömungskanals für kolorimetrische Messungen mit einem lichtabschirmenden Material, wie beispielsweise Metall im Bereich des Strömungskanals mit dem chemischen Reagenz für kolorimetrische Messungen beschichtet wie dies bereits im Zusammenhang mit der neunten Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde.
Gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt, wobei zunächst die aufgequollene Menge des in dem Strömungskanal befindlichen Gemisches vorab bestimmt wird, indem man eine bestimmte Menge Plasma durch Reaktion mit dem das trockenchemische Reagenz enthaltenden Gel aufquellen lässt und den Strömungskanal, in welchem das trockenchemische Reagenz für kolorimetrische Messungen injiziert wird, so konstruiert und dimensioniert, dass er an das aufgequollene Gesamtvolumen angepasst ist.
Gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt, bei welcher der Strömungskanal, in welchem ein trockenchemisches Reagenz für kolorimetrische Messungen injiziert wird, mit konstantem Kanalvolumen konstruiert und dimensioniert wird, obwohl eine abgewogene Menge Plasma durch Reaktion mit dem das trockenchemische Reagenz enthaltenden Gel aufquillt.
Das Gel quillt üblicherweise auf das doppelte bis auf das fünffache Volumen auf, jedoch ist es möglich, die Abschwächung dadurch zu messen, dass man eine bestimmte Lichtintensität in das gesamte aufgequollene Volumen einstrahlt. Mit der elften Ausführungsform der Erfindung erhält man Messwerte mit großem Signal-/Rausch-Verhältnis. Umgekehrt ist es manchmal schwierig, Messungen durchzuführen, wenn der Abschwächungsgrad zu hoch ist und die von dem Strömungskanal auf dem Substrat eingenommene Fläche vergrößert werden muss, was zu einer Vergrößerung der Substratfläche insgesamt führt. Andererseits ist es gemäß der zwölften Ausführungsform der Erfindung möglich, sogar bei dem Strömungskanal mit konstantem Volumen mehrere Größen der Konzentrationen der Testkomponenten zu messen, indem man vorab die Konzentration der Testkomponente des Nutzers erkennt und eine messbare Menge des trockenchemischen Reagenz vorbereitet, obwohl ein Teil des eingeführten Reagenzes aufgrund des starken Aufquellens wieder ausgeleitet wird, so dass der Abschwächungsgrad des gemessenen Lichtes gering und das Signal-/Rauschverhältnis gemäß der elften Ausführungsform der Erfindung niedrig ist. Vorzugsweise werden beide Ausführungsformen kombiniert auf dem Substrat verwirklicht.
Gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung nach der sechsten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt, wobei der Strömungskanal, in welchem ein trockenchemisches Reagenz für kolorimetrische Messungen injiziert wird, ein Substrat eines Strömungskanals des trockenchemischen Reagenz zur Erzeugung von Ammoniakgas, ein Substrat, in welchem eine Anzahl Löcher vorgesehen sind, und ein Strömungskanal für kolorimetrische Messungen zur Erzeugung und Detektion von Ammoniakgas, in welchem farbaktives Material eingeführt wird, in dieser Reihenfolge in vertikaler Richtung schichtartig angeordnet werden, und wobei außerdem ein Strömungskanal zur Detektion anderer Größen und ein Strömungskanal zur Erzeugung von Ammoniakgas auf dem gleichen Substrat ausgebildet sind. Bei der Bestimmung von Harnsäure, Kreatinin oder Harnstickstoff ist eine direkte Messung schwierig und obwohl Ammoniakgas nach der Reaktion mit geeigneten Enzymen erzeugt wird, sollte das in dem Strömungskanal zur Erzeugung von Ammoniakgas erzeugte Ammoniakgas in einem Strömungskanal überführt werden, in welchem ein Reagenz gleichmäßig verteilt ist, so dass das Ammoniakgas reagieren und eine Farbentwicklung hervorrufen kann. Die vorliegende Erfindung ermöglicht dies.
Gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt, wobei zusätzlich zu der Analyse von zu untersuchendem Plasmakomponenten unter Verwendung von trockenchemischen Reagenzien eine Analyse einer zu untersuchenden Komponente mittels eines herkömmlichen elektrochemischen Sensors ermöglicht wird, der auf dem gleichen schichtartigen Substrat ausgebildet ist.
Bei der allgemeinen Diagnostik sind die Bestimmung von Na⁺, K⁺, Ca⁺⁺, pH wesentlich, die aber mit trockenchemischen Reagenzien schwierig zu messen sind. Die Genauigkeit der Diagnose steigt jedoch, indem man die zu untersuchenden Komponenten gleichzeitig für mehrere Proben des abgenommenen Blutes bestimmt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt den Aufbau eines herkömmlichen trockenchemisch arbeitenden Diagnosechips.
2 zeigt schematisch die oberste Schicht des Substrats einer durch ein schichtartig aufgebautes Substrat gebildeten Vorrichtung zur Blutanalyse.
3 zeigt schematisch die zweite Schicht des Substrats, in welcher das Einleiten des Vollbluts, die Trennung von Blutzellen und Plasma, die Abgabe von Plasma, das Abmessen von Plasma, ein Kapillarventil, ein Strömungskanal, in welchem ein trockenchemisches Reagenz eingeleitet wird, und ein Strömungskanal zur Einleitung eines Ammoniak erzeugenden Reagenz ausgebildet sind, wobei diese zweite Schicht Teil eines die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Blutanalyse bildenden schichtartigen Substrates ist.
4 zeigt schematisch eine dritte Schicht des die Vorrichtung zur Blutanalyse bildenden schichtartigen Substrates, welche mehrere Löcher für das sich entwickelnde Ammoniakgas aufweist.
5 zeigt schematisch die vierte Schicht des die Vorrichtung zur Blutanalyse bildenden schichtartigen Substrates, welche einen Strömungskanal zur Einleitung eines farbaktiven Reagenz, welches mit Ammoniakgas reagieren kann, umfasst.
6 zeigt schematisch die unterste Schicht des die Vorrichtung zur Blutanalyse bildenden schichtartigen Substrates.
7 zeigt die Schichtstruktur des schichtartigen Substrates, wobei ein Strömungskanal zur Analyse von anderen Größen als der Detektion von Ammoniakgas vorgesehen ist.
8 zeigt die Strömungskanalstruktur der zahlreichen Schichten, welche einen Strömungskanal zur Detektion von Ammoniakgas 223 umfasst.
9 zeigt schematisch die oberste Schicht des die Vorrichtung zur Blutanalyse bildenden mehrschichtigen Substrates, wobei mehrere kolorimetrische Sensoren und mehrere elektrochemische Sensoren auf einem Substrat integriert sind.
10 zeigt schematisch die zweite Schicht des die Vorrichtung zur Blutanalyse bildenden mehrschichtigen Substrates, mehrere kolorimetrische Sensoren und mehrere elektrochemische Sensoren auf einem Substrat integriert sind.
11 zeigt schematisch die dritte Schicht des die Vorrichtung zur Blutanalyse bildenden mehrschichtigen Substrates, wobei mehrere kolorimetrische Sensoren und mehrere elektrochemische Sensoren auf einem Substrat integriert sind.
12 zeigt schematisch die unterste Schicht des die Vorrichtung zur Blutanalyse bildenden mehrschichtigen Substrates, wobei mehrere kolorimetrische Sensoren und mehrere elektrochemische Sensoren auf einem Substrat integriert sind.
13 zeigt einen Schnitt der Struktur entlang der schrägen, gestrichelten
12 im Bereich der elektrochemischen Sensoren.
14 zeigt den Zusammenhang zwischen Absorptionsvermögen und Glukosekonzentration in der Referenzglukoselösung.
15 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Absorptionsvermögen und der Harnstoffkonzentration in einer Referenzharnstofflösung.
Im Folgenden werden die Bezugsziffern erläutert.

101: transparente Unterlage für Reagenzträger (Kunststofffolie)
102: Reagenzschicht mit dem für die Analysereaktion erforderlichen Reagenz
103: Reflektionsschicht
104: Verteilungsschicht
105: Plasma- oder Serumprobe
106: Schlitz
107: Kunststoffhalter
201: oberste Substratschicht
202: zweite Substratschicht
203: dritte Substratschicht
204: vierte Substratschicht
205: unterste Substratschicht
206: Bohrung zur Substratverbindung
207: durch die Bohrungen führender Verbindungszylinder
208: Edelstahlnadel
209: Edelstahlrohr
210: Glasrohr
211: Führungskanal zur Abgabe von Blut
212: erste Drehachse
213: mehrere Blutreservoirrillen
214: zweite Drehachse
215: Führungsrille zur Blutabgabe
216: Reservoir zum Abmessen von Plasma
217: Lufteinlassöffnung
218: Führungsrille
219: Lufteinlassöffnung
220: Führungskanal für zusätzliches Plasma
221: Abfallreservoir für zusätzliches Plasma
222: Kapillarventil
223: Kanal zur Detektion von Ammoniakgas
224: Kanal zur Detektion von anderen Größen als Ammoniakgas
225: Geleinlassöffnung
226: Gelentsorgungsöffnung
227: im Winkel von 45 Grad orientierte Wand
228: Durchlassöffnung
229: Faser
230: Aluminiumschicht
231: Halogenlampe oder Wolframlampe
232: Bandpassfilter
233: optischer Empfänger
234: zahlreiche Öffnungen
235: Strömungskanal, der ein mit Ammoniakgas reagierendes Farbmittel enthält
236: im Winkel von 45 Grad geneigte Wände
237: Aluminiumschicht
238: Durchlassöffnung für Faser
239: Faser
240: Injektionsöffnung
241: Entsorgungsöffnung
242: Einlassöffnung für Glasrohr
501: oberste Substratschicht
502: zweite Substratschicht
503: dritte Substratschicht
504: unterste Substratschicht
505: Durchgangsbohrung zur Substratverbindung
506: in die Durchgangsbohrung eingesetzter Zylinder
507: schmerzfreie Nadeln
508: Edelstahlrohr
509: Glasrohr
510: etwa groß U-förmig geformtes Rohr
511: erste Drehachse
512: Blutzellenreservoir
513: Säule zur Verhinderung eines Blutzellenrückstroms
514: zweite Drehachse
515: Plasmareservoir
516: Strömungskanal zur Plasmaabgabe
517: Kapillarventil
518: Plasmareservoir zum Abmessen von Plasma
519: Führungskanal zur Einleitung von Plasma
520: Führungskanal zur Abgabe von verbrauchtem Plasma
521: Reservoir für verbrauchtes Plasma
522: Plasmaverteilungsschicht
523: Sensorbereich für das trockenchemische kolorimetrische Verfahren
524: Sensorbereich des mit elektrochemischen Sensoren arbeitenden Verfahrens
525: Öffnung zur Einleitung von Kalibrierlösung
526: Führungskanal zur Einleitung von Kalibrierlösung
527: Führungskanal für verbrauchte Lösung nach Kalibrierung
528: Öffnung für Ausschuss
529: Bereich, in welchem mehrere Löcher angeordnet sind,
530: Sensorbereich für das trockenchemische kolorimetrische Verfahren
531: Sensorbereich des mit elektrochemischem Sensor arbeitenden Verfahrens
532: Strömungskanal zur Injektion von trockenchemischen Reagenzien für kolorimetrische Messungen
533: Strömungskanal zur Injektion von trockenchemischen Reagenzien für kolorimetrische Messungen
534: Strömungskanal zur Injektion von trockenchemischen Reagenzien für kolorimetrische Messungen
535: Strömungskanal zur Injektion von trockenchemischen Reagenzien für kolorimetrische Messungen
536: Injektionsöffnung
537: Abfuhröffnung
538: Öffnung zur Einkopplung von Messlicht
539: Auskopplungsöffnung
540: Faser
541: Faser
542: elektrochemischer Sensorbereich
543: Ag/AgCl-Elektrode
544: KCl-gesättigte Ag/AgCl-Referenzelektrode
545: Silber/Kohlenstoff-Verdrahtung
546: Außenelektrode zum Signalabgriff
547: ionophore Schicht
548: Schicht, welche die Auflösung und den Verlust von KCl verhindert
549: Öffnung zum Einsetzen eines Glasrohrs

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Erste Ausführungsform
Die 2 bis 6 zeigen jeweils das die Vorrichtung zur Blutanalyse bildende schichtartige Substrat, wobei in 2 die oberste Substratschicht 201, in 3 die zweite Substratschicht 202, in 4 die dritte Substratschicht 203, in 5 die vierte Substratschicht 204 und in 6 die unterste Substratschicht 205 dargestellt sind. Jede Substratschicht besteht aus 0,5 mm dickem Polycarbonat, wobei die Strömungskanäle und Öffnungen beim Herstellungsprozess durch Spritzgießen ausgeformt worden sind. Selbstverständlich kann man solche Schichten auch durch Lithographie mittels eines geeignet strukturierten Photolacks, wie beispielsweise SU-8 auf einem Polymersubstrat, wie beispielsweise einer PET (Polyethylenterephthalat)-Platte herstellen, so dass der Herstellungsprozess keinen Besonderheiten unterliegt. In Bohrungen 206, die in jeder der Substratschichten der 2 bis 6 ausgespart sind, werden Zylinder 207 eingesetzt, wodurch die vierte Substratschicht 204 mit der untersten Substratschicht 205, die dritte Substratschicht 203 mit der vierten Substratschicht 204, die zweite Substratschicht 202 mit der dritten Substratschicht 203 und die oberste Substratschicht 201 mit der zweiten Substratschicht 202 verbunden wird, wobei die Substrate untereinander durch Klebemittel oder ähnliches aneinander haften können. Entsprechend wird die Anordnung der Strömungskanäle in den Substratschichten festgelegt, so dass eine Lösung zwischen jeder der Substratschichten fließen kann. Im Folgenden wird die zweite Substratschicht 202 erläutert. 208 bezeichnet eine schmerzfreie Nadel, die als Edelstahlröhrchen mit einem Außendurchmesser von 100 μm und einem Innendurchmesser von 50 μm ausgebildet ist und deren Spitze in drei Ebenen unter einem Winkel von 10 Grad poliert ist. Da die Innenwand ultraglatt poliert ist, reicht der Blutdruck aus, durch Einstechen der Nadel in die Vene Blut automatisch abzunehmen. Außerdem bezeichnet die Bezugsziffer 209 ein Edelstahlröhrchen mit einem Außendurchmesser von 250 μm, welches mit der Nadel 208 verbunden ist. Bezugsziffer 210 bezeichnet ein Glasröhrchen mit einem Außendurchmesser von 1,8 mm und einem Innendurchmesser von 1 mm, welches wiederum mit dem Röhrchen 209 verbunden ist. Das mit der schmerzfreien Nadel 208 abgenom mene Blut wird in dem Glasröhrchen 210 vorgehalten. 211 bezeichnet einen Führungskanal zur Blutleitung, welcher in das Substrat 202 eingearbeitet ist. Wenn das zweite Substrat 202 durch Rotation um die erste Drehachse 212 Zentrifugalkräften ausgesetzt wird, strömt das Blut in zahlreiche Blutreservoirrillen 213. Durch weiteres Zentrifugieren werden die Blutzellen bezogen auf die erste Drehachse 212 in der Außenseite isoliert und das Plasma an der Innenseite. Wenn anschließend durch Rotation um die zweite Drehachse 214 wiederum Zentrifugalkräfte erzeugt werden, wird das einen Überstand bildende Plasma durch eine Führungsrille zur Blutförderung 215 in ein Abmessreservoir 216 für Plasma gefördert. Um dies zu ermöglichen sind ein Belüftungsloch 217 und eine zugehörige Führungsrille 218 vorgesehen. Das Belüftungsloch 217 ist direkt mit einem Belüftungsloch 219 in der obersten Substratschicht 201 verbunden. Nach dem Befüllen des Abmessreservoirs für Plasma 216 wird überschüssiges Plasma durch einen Führungskanal für überschüssiges Plasma 220 in ein Ausschussreservoir für überschüssiges Plasma 221 geleitet. Wenn außerdem Zentrifugalkräfte von mehr als 1000 g durch Rotation in die zweite Drehachse 214 erzeugt werden, wird das Plasma aus dem Abmessreservoir für Plasma 216 über ein Kapillarventil 222 in mehrere auf dem Substrat 202 vorgesehene Kanäle geleitet.
Das oben erwähnte Kapillarventil wird in Nam-Trung Nguyen und Steven T. Wereley, „Fundamentals and Applications of Microfludics", Seite 315, Herausgeber: Artech House (Boston, London), 2002, beschrieben. Kurz dargestellt wird eine Flüssigkeit in einem Röhrchen (Kapillare) betrachtet, in deren axialer Verlängerung eine Drehachse angeordnet ist. Durch die Wirkung der Oberflächenspannung wird die Lösung an einem Ende des Röhrchens gehalten. Wenn das Röhrchen nun um die Drehachse rotiert, kann die Lösung bei kleinen Zentrifugalkräften nicht durch das andere Ende des Röhrchens austreten, aber wenn die Zentrifugalkräfte größer werden, überwinden sie letztlich die Oberflächenspannung und die Lösung wird abgegeben. Die Größe der Zentrifugalkräfte wirkt daher wie ein Ventil, so dass eine solche Anordnung als Kapillarventil bezeichnet wird. Die minimale Drehzahl fm, bei der die Lösung aus dem Röhrchen austreten kann, die sich zwischen einem Röhrchenradius R₁ auf Seite der Drehachse und einem Radius R₂ auf der Abgabeseite befindet erfüllt daher die folgende Relation: fm2 ≥ γ cosθ/R·p·π2·(R2 – R1) (R2 + R1),wobei θ den Kontaktwinkel der Lösung in dem Röhrchen bei Abgabe der Lösung aus dem Röhrchen, γ die Oberflächenspannung, R den Radius des Röhrchens und p die Dichte der Lösung bezeichnet.
γ beträgt für Wasser bei 25 °C 72 × 10³ N/m, der Kontaktwinkel θ mit Wasser beträgt 80 Grad, wenn PET als Substrat verwendet wird, und p von Wasser liegt bei 1 × 10³ km/m³. Mit diesen Werten und wenn R₂ gleich 5 cm, die Länge des Kapillarventils (R₂ – R₁) insgesamt 0,5 cm und der Durchmesser (2R) etwa 100 μm ist, fließt Plasma aus dem Abmessreservoir für Plasma in den Strömungskanal mit trockenchemischen Reagenzien, wenn fm etwa 1000 Umdrehungen/Sekunde oder mehr beträgt. Die entsprechenden Beschleunigungskräfte liegen dann bei 60 g und mehr.
Vorzugsweise sind wenigstens zwei trockenchemische Reaktionssysteme vorgesehen. Eines betrifft die Messung von Kreatinin oder Harnstoffstickstoff und das andere die Messung von Glukose, γ-GTP, GOT, GPT oder das Gesamtcholesterin. Das erstgenannte Reaktionssystem verläuft über zwei Reaktionsschritte, wobei zunächst durch Reaktion des Enzyms Creatinindeamylase im Fall des Creatininnachweises oder Urease im Fall des Harnstoffstickstoffnachweises Ammoniakgas (NH₃) erzeugt wird und im zweiten Schritt eine Farbgebungsreaktion von NH₃-Gas mit Bromkresolgrün bzw. Brompheonlblau durchgeführt wird. Andererseits werden die anderen zu bestimmenden Substanzen mittels einer einstufigen Reaktion des Enzyms nachgewiesen, bei dem jeweils ein in dem Gel enthaltenes Färbemittel direkt reagiert. Im Folgenden wird mit der Bezugsziffer 223 ein Strömungskanal zum Nachweis von NH₃ und mit 224 ein Strömungskanal zum Nachweis anderer zu untersuchender Substanzen als NH₃ bezeichnet, wobei die Strömungskanäle jeweils mit dem oben beschriebenen Gel gefüllt sind.
7 zeigt den Aufbau des schichtartigen Substrats, in welchem ein Strömungskanal für andere zu untersuchende Substanzen als NH₃ ausgespart ist. Die Öffnungen 225 und 226 in der obersten Substratschicht 201 sind Öffnungen zum Einleiten bzw. Ausleiten von Gel und der Durchmesser der Einlassöffnung ist größer als der Durchmesser der Ausleitöffnung. Die Einleitung von Gel, welches das Reagenz enthält, wird mit einem Mikroscheibensensor durchgeführt. Die Öffnungen zum Einleiten und Ausleiten sind Bohrungen zum Injizieren von Gel in die Strömungskanäle von zwei unterschiedlichen Reaktionssystem 223 und 224 und zum Entsorgen des überschüssigen Gels nach Auffüllen des Innenraums, sowie zum Entsorgen von aufgequollenem Gel nach außen, da das Gel auf das Doppelte bis Fünffache aufquillt, wenn Plasma mittels Zentrifugalkraft in das Gel eingeleitet wird, wobei der genaue Faktor von der Art des Gels abhängt. Außerdem ist an beiden Enden in Längsrichtung des Strömungskanals 224 jeweils eine im Winkel von 45 Grad abgeschrägte Wand 227 ausgebildet. Auf dessen Innenwand wird durch Beschichtung unter Funkenentladung (spark deposition) eine Aluminiumschicht aufgebracht und ein Durchgangsloch 228 wird in der dritten Substratschicht 203 der vierten Substratschicht 204 und der untersten Substratschicht 205 ausgespart, in welches eine Faser 229 eingesetzt wird, deren Vorderkante unterhalb der um 45 Grad geneigten Wand verbleibt. Bei einem Sputter-Verfahren zum Abscheiden der Aluminiumschicht 230 auf der Innenwand des Strömungskanals 224 wird zunächst die oberste Substratschicht 201 in Kontakt mit der zweiten Substratschicht 202 gebracht, anschließend Aluminium von der Rückseite der zweiten Substratschicht 202 her aufgesputtert und die aufgebrachte Aluminiumschicht in anderen Bereichen als dem Strömungskanal durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP: Chemical Mechanical Polishing) wieder entfernt. Anschließend wird die oberste Substratschicht 201 von der zweiten Substratschicht 202 wieder entfernt und die zweite Substratschicht 202 in Kontakt mit der dritten Substratschicht 203 gebracht. Dann wird Aluminium durch Beschichten unter Funkenentladung von der Unterseite der untersten Substratschicht 203 aufgebracht und die entstandene Aluminiumschicht von anderen Bereichen als dem Strömungskanal durch CMP wieder entfernt. Abgesehen von Aluminium kann jedes andere Metall verwendet werden, solange es sich um ein Material handelt, welches Licht in den Strömungskanal wirksam reflektiert und nicht nach außen dringen lässt. Licht einer Halogenlampe oder einer Wolframlampe 231 wird mit einer durch den Bandpassfilter 232 bestimmten Wellenlänge in die Faser 229 eingekoppelt und die Abschwächung des Lichtes wird mit dem optischen Empfänger 233 gemessen.
8 zeigt die Strömungskanalstruktur in einem mehrschichtigen Aufbau, einschließlich des Strömungskanals zum Nachweis von Ammoniakgas 223. Zahlreiche Öffnungen 234 mit Durchmesser von 5 μm bis 50 μm sind vorgesehen und dienen dazu, das Ammoniakgas in der dritten Substratschicht 203 zu leiten. Die Fläche, in welcher die zahlreichen Bohrungen angeordnet sind, entspricht derjenigen des Strömungskanals 223, welcher das Reagenz zur Erzeugung von Ammoniakgas aufnimmt und sich in der zweiten Substratschicht 202 befindet. Der Bereich der Bohrungen 234 dient auch als Schicht zur Verteilung der trockenchemischen Substanzen. 4 zeigt eine perspektivische Draufsicht dieser Schicht. Zur Ausbildung der Bohrungen kann im Fall von großen Durchmessern die Schicht auf einem Edelstahlnetz aufgeformt oder spritzgegossen werden. Im Fall von kleinen Durchmessern können die Bohrungen durch Tiefätzen auf einem Silikonsubstrat ausgebildet werden. Das durch die zahlreichen Bohrungen 234 geleitete NH₃-Gas wird in einen in 8 dargestellten Strömungskanal geleitet, welcher in der vierten Substratschicht 204 und der untersten Substratschicht 205 ausgebildet ist. Das Verfahren zur Beschichtung der Innenwand des Strömungskanals mit einer Aluminiumschicht entspricht den oben beschriebenen Verfahren. Ein Gel mit einem Reagenz, welches Ammoniumgas freisetzt und für die Farbgebung sorgt, wird in dem Strömungskanal 235 eingeleitet. Dort ist mit Bezugsziffer 236 eine im Winkel von 45 Grad geneigte Wand bezeichnet, während Bezugsziffer 237 eine Aluminiumschicht, 238 ein Durchgangsloch für die Faser, 239 eine Faser und die Bezugsziffern 240 und 241 Bohrungen zur Injektion und Ableitung des Gels mit den Reagenzien, welche Ammoniumgas freisetzen und für die Farbgebung sorgen, bezeichnen. Optische Bauteile, wie eine Lampe, ein Bandpassfilter und ein optischer Empfänger sind der Übersichtlichkeit halber hier nicht dargestellt.
Zweite Ausführungsform
Die 9 bis 12 zeigen jeweils das die Vorrichtung zur Blutanalyse bildende schichtartige Substrat, wobei auf einem Substrat mehrere kolorimetrische Sensoren und mehrere elektrochemische Sensoren integriert sind. Der pH-Wert und die Ionenkonzentration von Na⁺, K⁺, Cl^–, Ca⁺⁺, usw. sind im wesentlichen erforderlich und müssen daher für eine Diagnose im allgemeinen bestimmt werden. Der pH-Wert wird amperometrisch bestimmt, während die Konzentrationen von Na⁺, K⁺, Cl^– und Ca⁺⁺ potentiometrisch gemessen werden. Bei beiden Messverfahren handelt es sich um elektrochemische Verfahren. Es ist daher wünschenswert, dass sowohl die kolorimetrischen Sensoren als auch die elektrochemischen Sensoren auf demselben Substrat integriert werden können und die Messungen anhand einer Blutprobe durchgeführt werden können. Der kolorimetrische Sensor für die NH₃-Bestimmung ist in dieser Gruppe der kolorimetrischen Sensoren aufgrund des komplexeren Aufbaus nicht dargestellt, jedoch kann zur NH₃-Bestimmung eine Schicht zur Erzeugung von NH₃-Gas hinzugefügt werden, die etwa derjenigen entspricht, die in der in den 2 bis 6 dargestellten Ausführungsform verwendet wird.
Die Vorrichtung der zweiten Ausführungsform besteht aus vier Substratbestandteilen, nämlich der in 9 dargestellten obersten Schicht 501, der in 10 dargestellten zweiten Schicht 520, der in 11 dargestellten dritten Schicht 503 und der in 12 dargestellten untersten Schicht 504. Wie bereits in der in den 2 bis 6 dargestellten Ausführungsform ist die dritte Schicht 503 mit der untersten Schicht 504, die zweite Schicht 502 mit der dritten Schicht 503 und die oberste Schicht 501 mit der zweiten Schicht 502 durch Einsetzen eines Zylinders 506 in die in jeder Substratschicht der 9 bis 12 vorgesehenen Bohrung 505 verbunden, wobei die jeweiligen Substrate durch Klebemittel oder ähnliches aneinanderhaften. Außerdem ist auf der zweiten Substratschicht 502 eine schmerzfreie Nadel 507 über ein Edelstahlröhrchen 508 mit einem Glasröhrchen 509 verbunden und Blut wird ähnlich wie in der Ausführungsform der 3 in dem Glasröhrchen 509 gesammelt. Das Blut wird in ein ungefähr U-förmiges Röhrchen 510 geleitet, dessen U-Form in Richtung der zur Erzeugung einer Zentrifugalkraft vorgesehenen ersten Drehachse 511 öffnet, wobei sich beim Zentrifugieren die Blutzellenfraktion, gesehen von der ersten Drehachse 511 aus, an der Außenseite und die Plasmafraktion an der Innenseite sammelt. Die Blutzellenfraktion wird in einem Blutzellenreservoir 512 gesammelt. Bezugsziffer 513 bezeichnet eine Säule, welche dem Rücklauf von Blutzellen in das U-förmige Röhrchen verhindern. Wenn anschließend eine Zentrifugalkraft durch Rotation um die zweite Drehachse 514 erzeugt wird, wird das den Überstand bildende Plasma zunächst in ein Plasmareservoir 514 transportiert. Wenn die Rotation fortgesetzt wird, wird das Plasma in ein Abmessreservoir für Plasma 518 geleitet. Bei Zentrifugalkräften, die einer Zentrifugalbeschleunigung von mindestens 60 g entsprechen strömt das Plasma durch einen Führungskanal zur Plasmaabgabe 516 über ein Kapillarventil 517 in einen Plasmaeinleitungskanal 519. Gleichzeitig wird überschüssiges Plasma nach dem Abmessen der erforderlichen Plasmamenge in ein Plasmausschussreservoir 521 geleitet, welches sich an eine Seitenwand des Plasmareservoirs zum Abmessen des Plasmas 518 anschließt und mit diesem über einen Führungskanal zur Abgabe von überschüssigem Plasma 520 verbunden ist. Eine Schicht zur Plasmaverteilung ist direkt unterhalb des Strömungskanals zum Einleiten von Plasma 519 angeordnet, so dass das Plasma auf einer ebenen Fläche verteilt werden kann. Dabei bezeichnet die Bezugsziffer 523 den Sensorbereich der trockenchemischen kolorimetrischen Methode und 524 bezeichnet den Sensorbereich der elektrochemischen Sensormethode. Der elektrochemische Sensor muss vor der Messung kalibriert werden und Bezugsziffer 525 bezeichnet eine Öffnung zum Einleiten einer Kalibrierlösung, 526 einen Führungskanal zur Einleitung einer Kalibrierlösung, 527 einen Führungskanal für verbrauchte Lösung nach der Kalibrierung und 528 eine Öffnung für verbrauchte Lösung nach der Kalibrierung.
Wie in 11 dargestellt, ist ein Bereich 529, in welchem zahlreiche Bohrungen mit Durchmessern zwischen etwa 5 μm und 50 μm angeordnet sind, direkt unterhalb einer Schicht zur Plasmaverteilung 522 ausgebildet, die weitgehend der dritten Schicht 503 aus 4 entspricht und die Fläche und Positionierung des Bereichs entspricht der Fläche und Positionierung der Schicht zur Verteilung des Plasmas 522. Dabei bezeichnet 530 einen Sensorbereich der trockenchemischen kolorimetrischen Methode, während 531 einen Sensorbereich der elektrochemischen Sensormethode bezeichnet.
Wie in 12 dargestellt sind Kanäle für kolorimetrische Messungen, in welche trockenchemische Reagenzien eingeleitet werden, 532, 533, 534 und 535, welche die gleiche Fläche aufweisen in der gleichen Position direkt unterhalb der Schicht zur Verteilung des Plasmas 522 in der untersten Schicht 504 angeordnet. Die Innenwände dieser Kanäle sind mit dem im Zusammenhang mit 7 beschriebenen Verfahren mit einem nichtreflektierenden Metall, wie beispielsweise Aluminium beschichtet. 536 und 537 bezeichnen Öffnungen zum Injizieren bzw. Ableiten von trockenchemischen Reagenzien. Eine Öffnung zum Einstrahlen von Messlicht 538 ist an einem Ende vorgesehen, während eine Auskoppelöffnung 539 nach Durchqueren des Strömungskanals am anderen Ende der Seitenwand in die Längsrichtung des Strömungskanals für kolorimetrische Messungen, in welchen trockenchemische Reagenzien eingeleitet werden 531 angeordnet ist. Fasern 540 und 541 sind jeweils mit den Öffnungen verbunden und dienen zum Einstrahlen des Messlichtes und zum Ableiten des empfangenen Lichtes. Beide Fasern sind auf dem Substrat 504 so angeordnet, dass die Zentralachse der Längsrichtung des Strömungskanals für kolorimetrische Messungen, in welchem trockenchemische Reagenzien eingeleitet werden, 534 bis 535 entspricht. Der Abschwächungsgrad des eingeleiteten Lichtes durch Farbentwicklung der Reagenzien wird durch einen Photodetektor, wie beispielsweise eine optische Diode und ähnliches gemessen.
Plasma aus der Schicht zur Plasmaverteilung 522 wird in die Strömungskanäle für trockenchemische Reagenzien 532 bis 535 und einen Bereich mit elektrochemischen Sensoren 542 durch einen Bereich 529 geleitet, der sich direkt darunter befindet und in welchem zahlreiche Löcher ausgebildet sind. Die zur Einleitung verwendete Zentrifugalkraft greift senkrecht zur Längsrichtung der Löcher an, so dass die Zentrifugalkraft keine Wirkkomponente in vertikaler Richtung besitzt. Jedoch dient das Ende des Strömungskanals für das Plasmareservoir in der Richtung, in welcher die Zentrifugalkraft angreift als Wand, so dass das Plasma dann, wenn der Strömungskanal für das Plasmareservoir mit Plasma gefüllt ist, einem durch die Zentrifugalkraft erzeugten Druck ausgesetzt ist, der dazu führt, dass das Plasma in die darunter befindlichen Löcher gepresst wird. Somit ist es möglich, allein durch Einsatz von Zentrifugalkraft Plasma in die Strömungskanäle für elektrochemische Reagenzien 532 bis 535 und in den elektrochemischen Sensorbereich 542 einzuleiten.
Im Folgenden wird der Grund beschrieben, warum die Strömungskanäle 532 bis 535 in Längsrichtung unterschiedlich lang dargestellt sind. Wenn das Reagenz in dem Gel verteilt wird, benötigt man ein Gel, das für das jeweilige Reagenz geeignet ist, so dass Reagenz und Gel kompatibel sind, aber unterschiedliche Gele haben unterschiedliches Quellverhalten, wenn sie mit Plasma reagieren, wobei die Gele üblicherweise um das 2- bis etwa 5-fache aufquellen. Dabei sollten die Strömungskanäle für die trockenchemischen Reagenzien 532 bis 535 so konstruiert sein, dass sie eine optimale Länge aufweisen, damit das zugeführte, abgemessene Plasma maximal mit dem Gel reagieren kann. Öffnungen zur Injektion und Ableitung von Gel mit den Reagenzien 536 und 537 dienen auch zum Entsorgen von Gel, das über das Volumen des Strömungskanals hinaus angeschwollen ist, nach außen. Der Abschwächungsgrad kann jedoch gemessen werden, indem man eine gewisse Lichtintensität in das vollständig aufgequollene Volumen einstrahlt, so dass man Messwerte mit großen Signal-/Rausch-Verhältnis erhält. Andererseits kann die Messung problematisch werden, wenn der Abführungsgrad zu stark ist, denn mit wachsender Fläche des Strömungskanals nimmt auch die Substratfläche zu.
Andererseits sind der Strömungskanal zum Nachweis von NH₃ 223 und der Strömungskanal zum Nachweis anderer Größen als NH₃ 224 in 3 mit der gleichen Fläche und dem gleichen Volumen dargestellt. Bei starkem Aufquellen des Reagenz wird das eingeleitete Reagenz über die Abflussöffnung ausgetragen, was zu einem geringen Abschwächungsgrad des Messlichtes und zu Messwerten mit niedrigem Signal-/Rausch-Verhältnis führt. Allerdings ist es möglich, die Konzentrationen der zu untersuchenden Komponenten von mehreren Größen sogar mit Strömungskanälen mit konstantem Volumen zu messen, wenn man vorab die Konzentrationen der zu untersuchenden Komponenten des Nutzers kennt und ein entsprechend messbares trockenchemisches Reagenz entsprechend vorbereitet. Auf dem realen Substrat werden beide Varianten vorzugsweise kombiniert benutzt.
542 bezeichnet einen Bereich eines elektrochemischen Sensors. 543 ist eine Ag/AgCl-Elektrode, auf welche ein Sensorfilm, welcher Ionophore für Na⁺ oder K⁺-Ionen enthält aufgetragen wurde. 544 bezeichnet eine KCl-gesättigte Ag/AgCl-Referenzelektrode. Diese Elektroden werden auf Silber-Kohlenstoff-Leitungen 545 installiert, wobei Bezugsziffer 546 eine Außenelektrode zum Signalabgriff bezeichnet.
13 ist eine Darstellung, die einen Querschnitt der Struktur des elektrochemischen Sensorbereichs 542 entlang der gestrichelten schrägen Linie in 12 zeigt.
Bevor Plasma eingeleitet wird, muss der elektrochemische Sensor zunächst kalibriert werden. Dann wird Plasma durch das Kapillarventil 517 über einen Führungskanal zur Plasmaabgabe 516, der in der zweiten Schicht 502 angeordnet ist, durch Zentrifugalkräfte bei einer Beschleunigung von mindestens 60 g in das Plasmareservoir zum Abmessen des Plasmas 518, einen Führungskanal zur Einleitung des Plasmas 519 und eine Schicht zur Verteilung des Plasmas 522 eingeleitet und anschließend durch einen Bereich 529, in welchem zahlreiche Löcher ausgebildet sind, in einen elektrochemischen Sensorbereich 542 transportiert. Dort bezeichnet 547 einen ionophoren Film und 548 einen Film, der verhindert, dass sich KCl der KCl-gesättigten Ag/AgCl-Referenzelektrode löst und in der elektrolytischen Lösung verloren geht.
BEISPIELE
BEISPIEL 1
Glukosebestimmung
Ein Beispiel zur Glukosebestimmung wurde mit einer Vorrichtung zur Blutanalyse durchgeführt, wie sie in den 2 bis 6 dargestellt ist. Das Messprinzip besteht darauf, dass wenn die Probe mit einem Farbstoff reagiert, Glukose in der Probe durch in dem Farbstoff enthaltene Mutarotase schnell von der α-Form in die β-Form umgewandelt wird. β-D-Glukose wird durch Einwirkung von Glukoseoxidase (GOD) oxidiert, während gleichzeitig Hydroperoxid erzeugt wird. Das erzeugte Hydroperoxid wird quantitativ mit Phenol und 4-Aminoantipyrine im Farbmittel durch Einwirkung der koexistierenden Peroxidase (POD) oxidativ kondensiert, so dass ein rotes Pigment (505 nm) entsteht. Das Absorptionsvermögen dieses roten Pigmentes wird gemessen, um so die Glukosekonzentration in der Probe zu bestimmen.
Das trockenchemische Reagenz wurde hergestellt durch Mischen von Pulvern von (1) 1,8 U Glukoseoxidase aus Aspergilius niger, Judasohr (black fungus), (2) 0,03 mg (0,188 μmol) 1.7-Dihydroxynaphthalen, (3) 0.1 mg (0.492 μmol) 4-Aminoantipyrin, (4) 0.13 U Peroxidase und (5) 0.065 U Mutarotase (aus Schweineniere) und Auflösen des Gemisches in einer Phosphatpufferlösung. Dann wird die gesamte Lösung in Gelatine aufgelöst, um so ein Gelatine-Gel zu bilden. Dieses wurde durch den Strömungskanal für kolorimetrische Messungen injiziert, um so das trockenchemische Reagenz einzuleiten. Der Strömungskanal für kolorimetrische Messungen besaß eine Querschnittsfläche von 0,4 mm × 0,3 mm und eine Länge von 1 mm. In diesem Kanal wurde das oben beschriebene Gel injiziert. Außerdem wurden 0,2 μl einer Glukosestandard lösung eingeleitet, wobei die Gluskosekonzentration zwischen 0 mg/dl und 600 mg/dl variierte. Licht mit einer Wellenlänge von 505 nm wurde in den Kanal eingekoppelt und das gemessene Absorptionsvermögen ist in 14 dargestellt. Das Ergebnis zeigt eine gute Bestimmung der Glukosekonzentration.
BEISPIEL 2
Messung von Harnstoffstickstoff
Unter Verwendung der in 7 bis 10 dargestellten Vorrichtung zur Blutanalyse wurde ein Beispiel zur Bestimmung des Harnstoffstickstoffs durchgeführt.
Harnstoffstickstoff (H₂NCONH₂) wird durch Urease in der Gegenwart von Wasser in NH₃ und CO₂ zersetzt, wobei das freigesetzte NH₃ mit Bromkresolgrün reagiert und ein blaues Pigment (620 nm) bildet. Die Bestimmung der Harnstoffkonzentration wurde wie folgt durchgeführt: Ein Gel, das 2 ml Unease in 10 mg eines wasserabsorbierenden Polymers, welches Stärkeacrylnitril umfasste, enthielt, wurde in einen Strömungskanal zur NH₃-Freisetzung injiziert, der eine Querschnittsfläche von 0,4 mm × 0,4 mm und eine Länge von 1 mm besaß. Ein Farbmittelreagenz wurde hergestellt durch Auflösen von 20 ml Isopropylalkohol und 1,28 mg PVG (Polyvinylbutyral) mit 5 % Gew.-Verhältnis zusammen mit einer 3%igen Lösung Bromkrersolgrün (BCG) (Gew.-Verhältnis), gelöst in 2 ml Ethanol, und in einen Strömungskanal zur Farbentwicklung injiziert. Das Substrat, in welchem zahlreiche Bohrungen ausgebildet waren, besaß eine Dicke von 1,2 mm. 15 zeigt das Absorptionsvermögen bei Einstrahlung von Licht mit einer Wellenlänge von 620 nm in eine Harnstoffstandardlösung, die in einem Konzentrationsbereich von 10 mg bis 50 mg pro Deziliter hergestellt wurde. Das Ergebnis zeigt eine gute Bestimmung der Harnstoffkonzentration.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben dargestellt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Blutanalyse ein Blutanalysegerät für mehrere Messgrößen implementieren, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist und mit dem anhand einer sehr kleinen Blutprobe verschiedene Messungen der unterschiedlichen zu untersuchenden Komponenten des Plasmas durchgeführt werden können, indem man eine Reihe von Maßnahmen durchführt, nämlich das Einleiten der Vollblutprobe in ein Substrat, Trennen der Blutzellen vom Plasma, Abmessen des Plasmas und Verteilen des Plasmas auf einem trockenchemischen Reagenz durch Zentrifugalkraft und ohne Einsatz von Pumpen, und Messen der optischen Abschwächung eines Lichtstrahls in Längsrichtung in einem Strömungskanal, in welchem vorher das trockenchemische Reagenz eingeführt wurde.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Blutanalyse ermöglicht eine Messung von Ammoniakgas mit hoher Empfindlichkeit, durch Bereitstellung einer Vorrichtung mit einer schichtartigen isolierten Struktur, bestehend aus einer Schicht zur Erzeugung von Ammoniakgas, einer Schicht zur Verteilung des Ammoniakgases und einer Schicht zur Farbentwicklung durch Reaktion mit Ammoniakgas. Im Ergebnis kann ein elektrochemischer Sensor Ammoniakgasbestimmung mit kolorimetrischen Sensoren eines trockenchemischen Nachweisverfahrens kombiniert werden, so dass die üblichsten Blutparameter bestimmt werden können, was eine Blutanalyse nicht nur am Krankenbett sondern auch zu Hause durch Einsatz einer schmerzfreien Nadel ermöglicht.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Blutanalyse, bei der, anders als bei bekannten Vorrichtungen, nicht unterschiedliche Lösungen gemischt werden müssen und die zu keiner Beeinträchtigung von trockenchemischen Reagenzien führt, was die Lagerfähigkeit verbessert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit in miniaturisierter Form hergestellt werden kann. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, dass durch Einleiten einer sehr geringen Menge (einige μl oder weniger) von Blut in einen Mikrokanal, der auf einem isolierenden Substrat, wie beispielsweise einer Quarzglasplatte oder einer Polymerharzplatte ausgebildet ist, allein durch Zentrifugalkräfte eine Trennung des Bluts in seine Bestandteile, ein Abmessen des Plasmaanteils, ein Einleiten des Plasmaanteils in einen Strömungskanal, in welchen vorab trockenchemische Reagenzien in Abhängigkeit von dem Volumen des Strömungskanals eingebracht worden sind, durchgeführt werden können. In dem Strömungskanal kommt es zu einer farblichen Reaktion, die anschließend durch Einleiten von Licht mit entsprechend angepasster Wellenlänge durch Messung des Abschwächungsgrades des Lichtes beim Durchgang durch die Probe nachgewiesen werden kann. Somit kann Blut mit hoher Genauigkeit, Zuverlässigkeit und zu geringen Kosten analysiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Blutanalyse erfordert kein besonderes Mischen und ist kostengünstig und einfach. Ferner wird nur eine geringe Substratfläche benötigt. Es werden Probleme hinsichtlich der Abmessung der Plasmamenge und der Substratpufferlösung, sowie Probleme beim Mischen in einen Mikrokanal unter laminaren Strömungsbedingungen vermieden. Ferner besteht keine Gefahr einer Beeinträchtigung der injizierten Substratpufferlösung und auch die Vergrößerung des Substratvolumens bei Messung mehrerer Größen wird vermieden. Vielmehr wird eine Blutanalysevorrichtung bereitgestellt, bei welcher Plasma aus einigen Mikrolitern Vollblut in einem Mikrokanal auf einem Substrat von nur wenigen cm Kantenlänge abgetrennt wird und das abgetrennte Plasma in eine Substratpufferlösung geleitet wird, wo die zu untersuchenden Plasmabestandteile mittels kolorimetrischer Verfahren nachgewiesen werden können.

Claims

Vorrichtung zur Blutanalyse von Plasmabestandteilen, welche ein schichtartiges Substrat aufweist, das eine Bluteinlassöffnung, einen mit der Öffnung verbundenen Führungskanal zum Leiten der Vollblutprobe, einen Strömungskanal zur Trennung von Blutzellen und Plasma und einen Führungskanal für das Plasma umfasst, und das mit Mitteln zum Einleiten der Vollblutprobe von der Bluteinlassöffnung durch Einsatz von Zentrifugalkräften umfasst, um Blutzellen und Blutplasma voneinander zu trennen, das Plasma durch den Führungskanal weiterzuleiten und in einen Strömungskanal einzuleiten, in welchen trockenchemische Reagenzien einbringbar sind, so dass eine Reaktion der zu untersuchenden Plasmabestandteile mit den trockenchemischen Reagenzien ermöglicht wird, wobei Mittel zur Einleitung von Licht und ein optischer Detektor vorgesehen sind, um die Abschwächung des Lichts nach Durchqueren der Probe zu bestimmen.
Vorrichtung zur Blutanalyse gemäß Anspruch 1, wobei eine Blutabnahmenadel und ein Blutreservoir, in welchem das abgenommene Blut gesammelt wird, im wesentlichen linear mit der Bluteinlassöffnung verbunden sind und der Strömungskanal zum Trennen von Blutzellen und Plasma durch den Führungskanal zur Abgabe von Vollblut mit der Bluteinlassöffnung verbunden ist, wobei das Vollblut in den Strömungskanal zur Trennung von Blutzellen und Plasma über den Führungskanal für Blut von der Bluteinlassöffnung durch Rotation um eine erste Drehachse eingeleitet wird, welche sich bezogen auf die Bluteinlassöffnung oberhalb des Strömungskanals zur Trennung von Blutzellen und Plasma befindet, so dass eine Abtrennung von der Blutzellenfraktion von der Plasmazellenfraktion ermöglicht wird.
Vorrichtung zur Blutanalyse gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Führungskanal zur Abgabe von Vollblut und der Strömungskanal zum Trennen von Blutzellen und Plasma unterhalb der Bluteinlassöffnung angeordnet sind, wobei zahlreiche rillenartige Strömungskanäle in dem Strömungskanal zur Trennung von Blutzellen und Plasma in einer etwa bogenförmigen Anordnung um die Bluteinlassöffnung herum angeordnet und auf die Bluteinlassöffnung ausgerichtet sind, wobei die von der Bluteinlassöffnung abgewandte Unterseite der rillenartigen Strömungskanäle mit einem Kanal verbunden ist, so dass bei Rotation des eingeleiteten Vollblutes um die erste Drehachse sich die Blutzellenfraktion an der Unterseite des rillenartigen Strömungskanals ansammelt und die Plasmafraktion an der Oberseite des rillenartigen Strömungskanals.
Vorrichtung zur Blutanalyse gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Strömungskanal zur Trennung von Blutzellen und Plasma als im wesentlichen U-förmiger Strömungskanal ausgebildet ist, wobei ein Ende des U-förmigen Strömungskanals mit dem Führungskanal zur Abgabe von Blut verbunden ist, welcher wiederum mit der Bluteinlassöffnung verbunden ist, so dass Vollblut bei Rotation um die erste Drehachse die sich, von der Bluteinlassöffnung her gesehen, oberhalb des unteren Endes des U-förmigen Strömungskanals befindet, in den U-förmigen Strömungskanal eingeleitet wird, wobei ein Bereich zur Aufnahme der Blutzellenfraktion in den gekrümmten Bereich des unteren Endes des U-förmigen Strömungskanals angeordnet und ein Bereich zur Aufnahme der Plasmafraktion im oberen Bereich des U-förmigen Strömungskanals angeordnet ist.
Vorrichtung zur Blutanalyse gemäß Anspruch 3, wobei jedes der anderen Enden der zahlreichen rillenartigen Strömungskanäle einen Führungskanal für Plasma, ein Plasmareservoir zum Abmessen des Plasmas, ein Kapillarventil und jeweils einen Strömungskanal zur Einleitung von trockenchemischen Reagenzien umfasst, die in dieser Reihenfolge seriell miteinander verbunden sind, wobei eine Rotation um eine zweite Drehachse durchführbar ist, die an der Unterseite der zahlreichen rillenartigen Strömungskanäle angeordnet ist, wobei Plasma aus dem die Plasmafraktion aufnehmenden Bereich in jede der Kanäle zur Einleitung von trockenchemischen Reagenzien mittels Zentrifugalkraft über die Plasmaführungskanäle, die Plasmareservoirs zum Abmessen des Plasmas und die Kapillarventile geleitet wird.
Vorrichtung zur Blutanalyse gemäß Anspruch 4, wobei ein schichtartiges Substrat hergestellt wird durch Einbringen eines Führungskanals zur Abgabe von Blut, welcher sich in zahlreiche Strömungskanäle am anderen Ende des U-förmigen Strömungskanals aufspaltet, wobei ein Blutreservoir, ein Plasmareservoir zur Abmessung, ein Kapillarventil und ein Plasmareservoir zum Abmessen des Plasmas und ein Strömungskanal zum Einleiten des Plasmas vorgesehen sind, die in dieser Reihenfolge seriell miteinander verbunden sind, und wobei man außerdem eine Schicht zur Verteilung des Plasmas direkt unterhalb des Strömungskanals zur Einleitung des Plasmas anordnet und eine weitere Substratschicht hinzufügt, die sich, in senkrechter Richtung betrachtet, direkt unterhalb der Schicht zur Verteilung des Plasmas befindet und einen Bereich mit gleicher Fläche wie die Schicht zur Verteilung des Plasmas aufweist, wobei ein Bereich mit zahlreiche Öffnungen ausgebildet ist, sowie ein Strömungskanal für kolorimetrische Messungen, in welchen kolorimetrische Reagenzien einführbar sind, welcher direkt unterhalb eines porösen Substrates angeordnet ist und der die gleiche Fläche wie die Fläche zur Verteilung des Plasmas ausweist, wobei die Anordnung in dieser Reihenfolge senkrecht zu dem U-förmigen Strömungskanal erfolgt, wobei das schichtartige Substrat um die zweite Drehachse, die sich, von dem Strömungskanal aus betrachtet, außerhalb des Substrates befindet, rotiert werden kann, so rotierbar ist, dass Plasma durch Zentrifugalkräfte aus dem U-förmigen Strömungskanal in den Strömungskanal für kolorimetrische Messungen geleitet wird, in welchem trockenchemische Reagenzien angeordnet sind.
Vorrichtung zur Blutanalyse gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei ein Führungskanal zur Abgabe von überschüssigem Plasma und ein Reservoir für überschüssiges Plasma vorgesehen sind, welche an der Seitenwand des Reservoirs zum Abmessen von Plasma angeordnet und mit diesen verbunden sind.
Vorrichtung zur Blutanalyse gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei eine Öffnung zum Injizieren und Ableiten von trockenchemischen Reagenzien in den Strömungskanal zur Aufnahme der trockenchemischen Reagenzien angeordnet ist.
Vorrichtung zur Blutanalyse gemäß Anspruch 6, wobei in dem Strömungskanal für kolorimetrische Messungen, in welchen die trockenchemischen Reagenzien eingeleitet werden können, beide Enden des Strömungskanals in Längsrichtung Wände aufweisen, die in einem 45 Grad-Winkel angeordnet sind, wobei die gesamten Innenflächen mit Metall beschichtet sind und eine Faser zur optischen Einkopplung und Auskopplung von Licht in senkrechter Orientierung von der Oberseite oder der Unterseite des die 45 Grad-Wände aufweisenden Substrats auf die 45 Grad-Wände geführt wird.
Vorrichtung zur Blutanalyse gemäß Anspruch 6, wobei der Strömungskanal für kolorimetrische Messungen, in welchen trockenchemische Reagenzien einleitbar sind und dessen Innenseite mit Metall beschichtet ist, eine Faser zur optischen Einkopplung und Auskopplung von Licht von beiden Seiten entlang der Achse des Strömungskanals in die beiden stirnseitigen Wände des Strömungskanals in Längsrichtung eingeführt ist.
Blutanalysevorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der Strömungskanal für kolorimetrische Messungen der trockenchemischen Reagenzien ein Volumen aufweist, das dem Volumen entspricht, auf das ein eingeleitetes Gel mit dem trockenchemischen Reagenzien anschwillt, wenn Plasma eingeleitet wird.
Vorrichtung zur Blutanalyse gemäß Anspruch 6, wobei der Strömungskanal für kolorimetrische Messungen, in welchen trockenchemische Reagenzien angeordnet werden können, ein festes vorgegebenes Volumen aufweist.
Vorrichtung zur Blutanalyse gemäß Anspruch 6, wobei der Strömungskanal für kolorimetrische Messungen, in welchen trockenchemische Reagenzien angeordnet werden können, und ein Substrat des Strömungskanals für trockenchemische Reagenzien mit Mitteln zur Erzeugung von Ammoniakgas vorgesehen sind, wobei das Substrat zahlreiche Öffnungen aufweist und zusammen mit dem Kanal für kolorimetrische Messungen, in welches ein Färbemittel zur Erzeugung und Detektion von Ammoniakgas eingeleitet werden kann, in dieser Reihenfolge in vertikaler Richtung schichtartig zusammengefügt werden, wobei der Strömungska nal mit trockenchemischen Reagenzien zur Erzeugung von Ammoniakgas, der Bereich, in welchem zahlreiche Öffnungen angeordnet sind, und der Strömungskanal für kolorimetrische Messungen, in welchen ein Färbemittel zur Erzeugung und Detektion von Ammoniakgas eingeleitet werden kann, die gleiche Fläche besitzen, und wobei ein weiterer Strömungskanal zur Detektion anderer Größen auf dem gleichen Substrat wie der Strömungskanal zur Erzeugung von Ammoniakgas angeordnet ist.
Vorrichtung zur Blutanalyse gemäß Anspruch 1, wobei ein kolorimetrischer Sensor, der mit den trockenchemischen Reagenzien zusammenwirkt, und ein elektrochemischer Sensor in der aus schichtartigen Substraten gebildeten Vorrichtung zur Blutanalyse angeordnet sind.