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Technischer Bereich der Offenbarung
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Die Offenbarung bezieht sich auf eine Lateral-Flow-Testvorrichtung, wie sie in biologischen Anwendungen, z. B. in den Bereichen der medizinischen, ökologischen und veterinärmedizinischen Diagnostik, nützlich sein kann.
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Hintergrund der Offenbarung
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Diagnostische Tests werden in der Regel zur Erkennung von Krankheiten eingesetzt. Ein diagnostischer Test kann in einem Zentrallabor durchgeführt werden, wobei eine Probe, z. B. Blut, von einem Patienten entnommen und an das Zentrallabor geschickt wird, wo die Probe analysiert wird. Eine andere Art der Probenverarbeitung findet dort statt, wo der Patient versorgt wird, was als Point-of-Care (POC)-Tests bezeichnet wird. POC-Tests ermöglichen eine schnellere Diagnose. Bei den POC-Tests können verschiedene Technologieplattformen eingesetzt werden. Eine erste Klasse von POC-Tests sind High-End-POC-Tests auf Mikrofluidik-Basis. Diese POC-Tests werden hauptsächlich in einem professionellen Umfeld wie Krankenhäusern oder Notaufnahmen eingesetzt. Eine andere Technologieplattform bietet die Lateral-Flow-Test-Technologie. Lateral-Flow-Tests (englisch für „seitlicher Flusstest“) werden meist im Verbraucherbereich eingesetzt, z. B. für Schwangerschaftstests, und sind einfach herzustellen und sehr kostengünstig.
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Lateral-Flow-Tests sind als solche sehr bekannt, werden aber hier kurz beschrieben, um den Hintergrund zu verdeutlichen. Ein Lateral Flow Assay umfasst eine Reihe von Kapillarbetten, z. B. Stücke von porösem Papier, Nitrocellulosemembranen, mikrostrukturiertem Polymer oder gesintertem Polymer, um Flüssigkeit durch Kapillarkräfte über eine Reihe von Kissen zu transportieren. Ein Probenkissen wirkt wie ein Schwamm und ist so angeordnet, dass es eine Probenflüssigkeit aufnimmt und einen Überschuss der Probenflüssigkeit enthält. Nachdem das Probenkissen mit Probenflüssigkeit gesättigt ist, wandert die Probenflüssigkeit zu einem Konjugatkissen, in dem der Hersteller das so genannte Konjugat gelagert hat. Das Konjugat ist eine getrocknete Form bioaktiver Partikel in einer Salz-Zucker-Matrix, die eine chemische Reaktion zwischen dem Zielmolekül (z. B. einem Antigen) und seinem chemischen Partner (z. B. einem Antikörper oder Rezeptor) hervorrufen soll. Während die Probenflüssigkeit die Salz-Zucker-Matrix auflöst, mobilisiert sie auch die bioaktiven Partikel, und in einem kombinierten Transportvorgang vermischen sich die Probe und das Konjugat miteinander, während sie durch die Kapillarbetten fließen. Der Analyt bindet sich an die bioaktiven Partikel, während er weiter durch das dritte Kapillarbett wandert. Dieses Material weist einen oder mehrere Bereiche auf, die als Streifen bezeichnet werden und an denen der Hersteller eine dritte Art von Molekül immobilisiert hat, in den meisten Fällen einen Antikörper oder Rezeptor, der gegen einen anderen Teil des Antigens gerichtet ist. Wenn das Proben-Konjugat-Gemisch diese Streifen erreicht, ist der Analyt bereits an das bioaktive Partikel gebunden und die dritte Molekülart bindet den Komplex. Wenn mehr Flüssigkeit die Streifen passiert hat, sammeln sich Partikel auf den Streifen an und die Streifen werden sichtbar, erscheinen oder werden in einer bestimmten Farbe oder mit einer fluoreszierenden Wellenlänge erzeugt. Auf diese Weise ist der Streifen optisch durch Farbe bzw. durch Fluoreszenzemission nachweisbar.
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In der Regel gibt es mindestens zwei Streifen: einen Kontrollstreifen/eine Kontrolllinie, der/die das Konjugat einfängt und damit zeigt, dass die Reaktionsbedingungen und die Technologie funktionieren, und einen zweiten Streifen, den Teststreifen/die Testlinie, der/die ein spezifisches Fängermolekül enthält und nur die Partikel einfängt, auf denen ein Analyt oder Antigenmolekül immobilisiert wurde. Dadurch wird das diagnostische Ergebnis des Tests für den Patienten sichtbar. Einige Testergebnisse beruhen auf dem Vorhandensein von fluoreszierenden Partikeln, die für den Benutzer nicht sichtbar sind, sondern von optischen Detektoren erkannt werden können, wenn die Streifen beleuchtet werden. Nachdem die Flüssigkeit die verschiedenen Reaktionszonen passiert hat, gelangt sie in das letzte poröse Material, einen Docht, der als Abfallbehälter dient.
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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Lateral-Flow-Tests als solche gut bekannt sind und aus vier Schlüsselelementen bestehen: dem Antikörper, dem Antigen, dem Konjugat und dem Komplex. Obwohl diese Schlüsselelemente gut bekannt sind, ist die vom Fachmann verwendete Terminologie nicht immer einheitlich, und verschiedene Begriffe können sich auf dasselbe Element beziehen. Der Antikörper wird auch als Rezeptor, chemischer Partner oder Fängermolekül bezeichnet. Das Antigen wird auch als Analyt, Zielmolekül, Antigenmolekül, Zielanalyt oder Biomarker bezeichnet. Die Probe enthält in der Regel den Analyten, obwohl dies nicht immer der Fall ist. Das Konjugat wird auch als (Analyt-)Marker, Markierungspartikel, chemischer Partner, (Proben-)Konjugatmischung, bioaktive Partikel oder Konjugat-Rezeptoren bezeichnet. Beispiele für Konjugate sind fluoreszierende Partikel, rote Partikel oder Farbstoffe. Der Komplex ist die Kombination aus dem Antigen und dem Konjugat. Der Komplex wird auch als markierter Analyt oder als Partikel bezeichnet, auf denen das Analytmolekül immobilisiert wurde.
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Bei Laborgeräten sind entweder die Teststreifen oder die Optik selbst so konfiguriert, dass sie sich über eine vordefinierte Strecke bewegen, damit die Länge des Teststreifens gescannt und analysiert werden kann. Solche Geräte sind jedoch in der Regel groß, benötigen viele Komponenten und sind folglich teuer. Ein einfacheres Verfahren verwendet eine Handykamera als Detektor, die in der Nähe des Teststreifens angebracht wird. Dieser Ansatz ist jedoch unzuverlässig, da die Lichtverhältnisse in der Umgebung zu Messschwankungen und Störungen führen.
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Lateral-Flow-Vorrichtung bereitzustellen, die eines oder mehrere der oben genannten Probleme löst oder zumindest eine nützliche Alternative darstellt.
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Zusammenfassung
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Im Allgemeinen schlägt diese Offenbarung vor, die oben genannten Probleme zu überwinden, indem sie eine einfache und kostengünstige Lateral-Flow-Testvorrichtung bereitstellt, bei der der Teststreifen manuell durch die Vorrichtung geführt wird, während die Position des Teststreifens überwacht wird, um sicherzustellen, dass Messwerte an den gewünschten Positionen, z. B. für die Testlinie und die Kontrolllinie, genommen werden können.
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Vorteilhaft ist, dass diese Anordnung ein kleines und relativ preiswertes Einweggerät ermöglicht, das dennoch zuverlässige Testergebnisse liefert.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Lateral-Flow-Testvorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
- eine Testkammer mit einer Detektionsöffnung; und
- einen optischen Detektor, der so konfiguriert ist, dass er Licht von einem Teststreifen durch die Detektionsöffnung empfängt, wenn der Teststreifen in der Testkammer bereitgestellt wird;
- wobei die Testkammer so konfiguriert ist, dass mindestens ein Teil des Teststreifens manuell an der Nachweisöffnung vorbei geführt wird; und
- wobei der optische Detektor so konfiguriert ist, dass er ein oder mehrere Verfolgungsmerkmale (Trackingmerkmale) erkennt, die mit dem Teststreifen verbunden sind, um zu bestimmen, wann mindestens eine Testlinie auf dem Teststreifen durch die Detektionsöffnung erfasst werden kann.
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Daher stellen Ausführungsformen dieser Offenbarung eine Lateral-Flow-Vorrichtung bereit, bei der die manuelle Bewegung der Teststreifenposition mit demselben optischen Detektor verfolgt werden kann, der auch für die Erfassung der Ergebnisse der Testlinie verwendet wird. Auf diese Weise wird eine relativ preiswerte und kompakte Lateral-Flow-Vorrichtung vorgeschlagen.
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Die Verfolgungsmerkmale können eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften umfassen: eine Markierung, ein Symbol, eine Form, eine Ausstülpung, eine Vertiefung, ein Ausschnitt, eine Farbe, ein Material, eine Rauheit, eine Dicke, eine Transparenz oder eine andere Eigenschaft des Teststreifens. Vorteilhafterweise ist die Eigenschaft, die für die Verfolgung des Teststreifens verwendet wird, mit demselben optischen Detektor erfassbar, der auch für die Erfassung von Licht aus der Testlinie verwendet wird.
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Der optische Detektor kann ferner so konfiguriert sein, dass er feststellt, wann eine Kontrolllinie auf dem Teststreifen durch die Detektionsöffnung detektierbar ist. Tatsächlich kann eine beliebige Anzahl von Test- oder Kontrolllinien auf einem einzigen Teststreifen angeordnet und gemessen werden.
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Die Testkammer kann so konfiguriert werden, dass das Umgebungslicht die Detektionsöffnung nicht oder nur in geringem Umfang erreicht. Dies ist wichtig, um genaue Ergebnisse ohne Beeinträchtigung durch variables Umgebungslicht oder andere Umgebungsbedingungen zu erzielen.
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Die Testkammer kann eine Eintrittsöffnung für den Eintritt des Teststreifens in die Vorrichtung und eine Eintrittsabdeckung umfassen, um zu verhindern oder zu minimieren, dass Umgebungslicht in die Eintrittsöffnung eindringt.
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Die Eintrittsabdeckung kann aus einem oder mehreren der folgenden Elemente bestehen: einem Vorhang, einem Schirm und einer Bürste.
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Die Testkammer kann eine Austrittsöffnung für den Austritt des Teststreifens aus der Vorrichtung und eine Austrittsabdeckung umfassen, um zu verhindern oder zu minimieren, dass Umgebungslicht in die Austrittsöffnung eindringt.
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Die Austrittsabdeckung kann aus einem oder mehreren der folgenden Elemente bestehen: einem Vorhang, einem Schirm und einer Bürste.
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Obwohl die beiden Öffnungen als eine Eintritts- und eine Austrittsöffnung beschrieben wurden, ist es in einigen Ausführungsformen unerheblich, von welcher Seite der Vorrichtung der Teststreifen eingeführt wird. Mit anderen Worten, das Verfahren kann das Einführen des Teststreifens über die Eintrittsöffnung oder die Austrittsöffnung ermöglichen. Ebenso kann das Verfahren die Entnahme des Teststreifens über die Eintrittsöffnung oder die Austrittsöffnung ermöglichen. Die Namen der Öffnungen bezeichnen daher ihren Zweck zu einem beliebigen Zeitpunkt und müssen nicht bei jeder Verwendung der Vorrichtung auf diesen speziellen Zweck beschränkt sein.
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Die Lateral-Flow-Testvorrichtung kann einen einzelnen optischen Emitter umfassen, der so konfiguriert ist, dass er Licht auf den Teststreifen emittiert, wenn er sich in der Testkammer befindet. Der Emitter kann dazu dienen, die Bewegung/Position des Teststreifens zu verfolgen und/oder Licht für Reflexions- oder Transmissionsmessungen auf der Test-/Kontrolllinie zu liefern. In Ausführungsformen, in denen kein optischer Emitter vorgesehen ist, kann die Fluoreszenz eines Testmaterials durch den optischen Detektor erfasst werden.
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Die Lateral-Flow-Testvorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie eine digitale Bildkorrelation verwendet, um die Position des Teststreifens innerhalb der Testkammer zu verfolgen. Zum Beispiel kann eine Technik ähnlich der einer optischen Computermaus verwendet werden, um die Position des Teststreifens relativ zur Detektionsöffnung zu verfolgen. In einigen Ausführungsformen kann dies die Aufnahme aufeinander folgender Bilder und die Korrelation dieser Bilder beinhalten, um eine maximale Korrelation zwischen Pixelintensitätsuntergruppen zu finden, die sich auf eine Translationsverschiebung zwischen den Bildern beziehen.
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Der optische Detektor kann so konfiguriert sein, dass er zwei oder mehr dem Teststreifen zugeordnete Verfolgungsmerkmale erkennt, und die Vorrichtung kann ferner so konfiguriert sein, dass sie die Geschwindigkeit der Bewegung des Teststreifens auf der Grundlage des Zeitpunkts der Erkennung jedes der zwei oder mehr Verfolgungsmerkmale bestimmt.
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Ein einziger optischer Detektor kann vorgesehen werden, um das eine oder die mehreren Verfolgungsmerkmale zu erfassen und Licht von mindestens der Testlinie des Teststreifens zu empfangen.
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Die Lateral-Flow-Testvorrichtung kann als Point-of-Care-Gerät konfiguriert sein.
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Die Lateral-Flow-Testvorrichtung kann so konfiguriert werden, dass sie eines oder mehrere der folgenden Merkmale nachweist: Coronavirus; Coronavirus-Antikörper. Es kann jedoch auch eine große Anzahl anderer Assays verwendet werden, um vielen verschiedenen Anwendungen gerecht zu werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Lateral-Flow-Testvorrichtung bereitgestellt, das Folgendes umfasst:
- manuelle Zuführung mindestens eines Teils eines Teststreifens entlang einer Detektionsöffnung in einer Testkammer;
- Erfassen eines oder mehrerer mit dem Teststreifen verbundener Verfolgungsmerkmale mit Hilfe eines optischen Detektors;
- Bestimmen, basierend auf der Detektion des einen oder der mehreren Verfolgungsmerkmale, wann mindestens eine Testlinie auf dem Teststreifen durch die Detektionsöffnung detektierbar ist; und
- Empfangen von Licht von der Testlinie des Teststreifens am optischen Detektor.
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In einigen Ausführungsformen kann der optische Detektor so konfiguriert sein, dass er kontinuierlich Daten sammelt (z. B. durch eine Reihe von Intensitätsmessungen des empfangenen Lichts), während der Teststreifen durch das Gerät bewegt wird. Die gesammelten Daten können dann mit Informationen korreliert werden, die aus der Erkennung eines oder mehrerer Verfolgungsmerkmale gewonnen wurden (die Informationen über die Verfolgungsgeschwindigkeit enthalten können oder nicht). Mit anderen Worten: Der Zeitpunkt, zu dem die Testlinie durch die Detektionsöffnung erfasst werden kann, kann mit Hilfe der Verfolgungsmerkmale bestimmt werden, und die zu diesem Zeitpunkt erfassten Daten können analysiert werden, um eine Testmessung zu erhalten.
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In einigen Ausführungsformen kann die Lateral-Flow-Testvorrichtung so konfiguriert sein, dass sie Folgendes erkennt: 1) einen Referenzpunkt auf dem Teststreifen (z. B. in Form der Vorderkante des Teststreifens, einer stets sichtbaren Kontrolllinie oder einer Markierung oder eines anderen Verfolgungsmerkmals wie oben beschrieben) und 2) eine Verfolgungsgeschwindigkeit der Bewegung des Teststreifens. Wenn die Position der Testlinie relativ zum Referenzpunkt bekannt ist, kann die Verfolgungsgeschwindigkeit verwendet werden, um zu bestimmen, wann die Testlinie unter der Detektionsöffnung hindurchgelaufen wäre, und somit kann die zu diesem Zeitpunkt vorgenommene Intensitätsmessung bestimmt werden.
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In einigen Ausführungsformen ist die Verfolgungsgeschwindigkeit nicht erforderlich. Wenn beispielsweise das Verfolgungsmerkmal mit der Testlinie ausgerichtet ist (z. B. so, dass die Testlinie zur gleichen Zeit wie das Verfolgungsmerkmal durch die Detektionsöffnung erfasst werden kann), zeigt die Detektion des Verfolgungsmerkmals selbst den Zeitpunkt der Testmessung an.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Teststreifen zur Verwendung mit der Lateral-Flow-Testvorrichtung des ersten Aspekts bereitgestellt, wobei der Teststreifen mindestens eine Testlinie und ein oder mehrere Verfolgungsmerkmale umfasst, um die Positionierung der Testlinie zu unterstützen, so dass die Testlinie durch die Detektionsöffnung der Vorrichtung nachweisbar ist.
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Lateral-Flow-Testvorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind vorteilhaft: einfach in der Anwendung, kompakt, kostengünstig und potenziell wegwerfbar aufgrund der minimal erforderlichen Komponenten (z. B. eine Blende, ein Detektor und ein Emitter); in der Lage, die Position eines manuell zugeführten Teststreifens zu verfolgen, wobei derselbe Detektor verwendet wird, der auch für die Messungen der Test- /Kontrolllinien verwendet wird; in der Lage, zuverlässig eine beliebige Anzahl von Test- /Kontrolllinien zu verfolgen und zu messen; und in der Lage, genaue Ergebnisse in Reflexions-/Transmissions- oder Fluoreszenzmessmodi zu liefern, da eine dunkle Testkammer vorhanden ist, die Störungen durch Umfeld-/Umgebungslichtbedingungen minimiert.
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Kurzbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Einige Ausführungsformen der Offenbarung werden jetzt nur beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Lateral-Flow-Testvorrichtung mit einem gemäß der vorliegenden Offenbarung eingeführten Teststreifen;
- 2A zeigt einen seitlichen Querschnitt durch eine Lateral-Flow-Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung vor dem Einsetzen des Teststreifens;
- 2B zeigt eine schematische Draufsicht und einen Teilschnitt des Aufbaus von 2A;
- 3A zeigt eine vereinfachte Seitenansicht des Aufbaus aus 2A, wobei der Teststreifen so eingesetzt ist, dass die Kontrolllinie erkennbar ist;
- 3B zeigt eine vereinfachte Seitenansicht des Aufbaus aus 2A, wobei der Teststreifen so eingesetzt ist, dass die Testlinie erkennbar ist; und
- 4 zeigt ein Flussdiagramm der Schritte, die bei einem Verfahren zum Betrieb einer Lateral-Flow-Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung erforderlich sind.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im Allgemeinen stellt die Offenbarung eine Lateral-Flow-Testvorrichtung und ein Betriebsverfahren zur Verfügung, mit dem das manuelle Einführen eines Teststreifens überwacht werden kann, um sicherzustellen, dass der Detektor an den gewünschten Stellen des Teststreifens (z. B. an der Testlinie und der Kontrolllinie) Messwerte erfasst.
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Einige Beispiele für die Lösung sind in den beigefügten Abbildungen dargestellt.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau 100 mit einer Lateral-Flow-Testvorrichtung 102, in die ein Teststreifen 104 gemäß der vorliegenden Offenbarung eingesetzt ist. Viele Details der Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 und des Teststreifens 104 werden im Folgenden beschrieben. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Teststreifen 104 jedoch eine Probenöffnung 106, in die im Gebrauch eine Probe 108 eingebracht wird. Die Probe 108 kann z. B. in Form eines Tropfens von Blut, Urin oder Speichel sein. Die Probenöffnung 106 umfasst ein Kissen aus Dochtmaterial, das so konfiguriert ist, dass es die Probe 108 aufsaugt und den Fluss der Probe entlang des Teststreifens 104 aufgrund von Kapillarkräften fördert.
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Der Teststreifen 104 wird manuell, in der Regel in einer horizontalen Ebene, in einen Schlitz (nicht dargestellt) auf einer ersten Seite der Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 eingeführt. In dem schematischen Aufbau 100 kann der Teststreifen 104 vollständig durch die Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 hindurchgeführt werden, um aus einem entsprechenden Schlitz auf einer zweiten, gegenüberliegenden Seite der Lateral-Flow Testvorrichtung 102 auszutreten. Dementsprechend kann der Teststreifen 104 auf einer Seite der Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 eingeführt und auf der gegenüberliegenden Seite entnommen werden. Wie in 1 dargestellt, befindet sich der mittlere Teil des Teststreifens 104 innerhalb der Lateral-Flow-Testvorrichtung 102, während ein vorderes Ende beim Verlassen der Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 und ein hinteres Ende vor dem Einführen in die Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 sichtbar ist. In anderen Ausführungsformen kann das vordere Ende des Teststreifens nicht aus der Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 austreten und stattdessen kann der Ausgang blockiert werden, so dass das Einführen und Entfernen des Teststreifens 104 durch dieselbe einzelne Öffnung auf einer Seite der seitlichen Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 erfolgen kann.
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Die 2A und 2B zeigen die inneren Komponenten eines detaillierten Aufbaus 200 der Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 gemäß der vorliegenden Offenbarung vor dem Einführen des Teststreifens 104. Die Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 umfasst eine Testkammer 204 mit einer Detektionsöffnung 206. Ein optischer Detektor 208 ist so konfiguriert, dass er Licht von dem Teststreifen 104 durch die Detektionsöffnung 206 empfängt, wenn der Teststreifen 104 in der Testkammer 204 bereitgestellt wird. Die Testkammer 204 ist so konfiguriert, dass zumindest ein Teil des Teststreifens 104 manuell durch die Detektionsöffnung 206 zugeführt wird, und der optische Detektor 208 ist so konfiguriert, dass er ein oder mehrere mit dem Teststreifen 104 verbundene Verfolgungsmerkmale erfasst, um zu bestimmen, wann zumindest eine Testlinie 230 auf dem Teststreifen 104 durch die Detektionsöffnung 206 erfasst werden kann.
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Der optische Detektor 208 hat die Form eines Spektralsensors, der auf einer gedruckten Schaltung (PCB) 210 montiert ist, einschließlich der Steuerelektronik, die wiederum in einem Gehäuse der Lateral-Flow-Testvorrichtung 202 untergebracht ist. Eine Benutzerschnittstelle (nicht abgebildet) kann mit der gedruckten Schaltung 210 verbunden sein, um Benutzereingaben und die Steuerung der Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 zu ermöglichen.
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Die Testkammer 204 ist so konfiguriert, dass Umgebungslicht die Detektionsöffnung 206 nicht oder nur in geringem Umfang erreicht. Dadurch wird sichergestellt, dass zuverlässige und genaue Ergebnisse vor einem konstant schwarzen Hintergrund ermittelt werden können. Insbesondere weist die Testkammer 204 eine Eintrittsöffnung 216 für den Eintritt des Teststreifens 104 in die Vorrichtung und eine Eintrittsabdeckung 218 auf, um zu verhindern oder zumindest zu minimieren, dass Umgebungslicht in die Eintrittsöffnung 216 gelangt. Die Testkammer 204 hat auch eine Austrittsöffnung 220 für den Austritt des Teststreifens 104 aus der Vorrichtung und eine Austrittsabdeckung 222, um zu verhindern oder zumindest zu minimieren, dass Umgebungslicht in die Austrittsöffnung 220 eintritt.
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Wie in 2A dargestellt, haben die Eintrittsabdeckung 218 und die Austrittsabdeckung 222 die Form eines Bürstenhaarvorhangs. In anderen Ausführungsformen kann die Eintrittsabdeckung 218 und/oder die Austrittsabdeckung 222 aus einem Schirm oder einer anderen Form eines einfachen oder doppelten Vorhangs (z. B. aus Stoff oder Schaumstoff) bestehen.
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Die Testkammer 204 hat auch Seitenwände (nicht dargestellt), einen Kammerboden 214a und eine Kammeroberwand 214b, die einen dunklen rechteckigen Quader bilden, wobei ein seitlicher Schlitz in der Kammeroberwand 214b die Detektionsöffnung 206 bildet.
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Wie in 2B gezeigt, ist ein einzelner optischer Emitter 212 in Form eines LED-Emitters mit weißer Lichtquelle so konfiguriert, dass er Licht auf den Teststreifen 104 emittiert, wenn er sich in der Testkammer 204 befindet. Je nach den zu erfassenden optischen Merkmalen können auch andere Formen von optischen Emittern 212 vorgesehen werden. Ebenso können andere optische Detektoren 208 vorgesehen werden, um eine gewünschte Wellenlänge des Lichts zu erfassen.
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Der optische Emitter 212 ist in 2B so dargestellt, dass er seitlich vom optischen Emitter 212 in einer Anordnung beabstandet ist, die für die Reflexion von Licht vom optischen Emitter 212 zum optischen Detektor über den Teststreifen 104 (im eingeführten Zustand) konfiguriert ist. In anderen Ausführungsformen kann der optische Emitter 212 für die Übertragung von Licht vom optischen Emitter 212 zum optischen Detektor über den Teststreifen 104 (im eingeführten Zustand) konfiguriert sein, oder der optische Emitter 212 kann für die Anregung von Partikeln konfiguriert sein, um den Nachweis von Fluoreszenz zu ermöglichen (unter Verwendung geeigneter Filter). In einigen Ausführungsformen, z. B. solchen, die sich auf die Lumineszenz von Partikeln in der Testlinie stützen, ist für den Nachweis der interessierenden Partikel möglicherweise kein optischer Emitter erforderlich.
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Wie in den 2A und 2B dargestellt, umfasst der Teststreifen 104 die Testlinie 230 und eine Kontrolllinie 232, die entlang des Teststreifens von der Probenöffnung 106 beabstandet ist, wobei die Kontrolllinie 232 am weitesten von der Probenöffnung 106 entfernt beginnt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Fluss einer in die Probenöffnung 106 eingebrachten Probe die Kontrolllinie 232 erreicht, sofern er die Testlinie 230 passiert hat. Wie oben erläutert, wird der Teststreifen mit einem Konjugat versehen, das eine chemische Reaktion zwischen dem Zielmolekül aus der Probe (z. B. einem Antigen oder Analyten) und seinem chemischen Partner (z. B. einem Antikörper oder Rezeptor) hervorrufen soll. Die Mischung aus Probe und Konjugat fließt dann durch Kapillarwirkung über den Teststreifen, der Analyt wird an das bioaktive Partikel gebunden, und dieser Komplex reichert sich auf dem Teststreifen 230 an, so dass der Teststreifen 230 durch den optischen Detektor 208 sichtbar oder nachweisbar wird. Die Kontrolllinie 232 ist so konfiguriert, dass sie das Konjugat nachweist (d. h. auch dann, wenn kein Analyt in der Probe vorhanden ist) und somit einen Indikator dafür liefert, dass der Fluss die Testlinie 230 durchlaufen hat, auch wenn der Analyt nicht nachgewiesen wird. In der Regel wird die Kontrolllinie 232, die bei einem gültigen Test immer nachweisbar ist, zuerst erfasst. In Kombination mit einer ermittelten Verfolgungsgeschwindigkeit des Teststreifens (z. B. aus der Erfassung der Verfolgungsmerkmale) kann die Position der Testlinie 230 bestimmt werden. Sobald die Position bestimmt ist, kann die Intensität des von der Testlinie 230 empfangenen Lichts analysiert werden. In einem anderen Ansatz liest der Detektor (d. h. führt eine Reihe von Messungen durch) über die gesamte Ausdehnung des Teststreifens 230 und analysiert die empfangenen Intensitätsinformationen in Übereinstimmung mit den Informationen zur Verfolgungsgeschwindigkeit. Die Informationen über die Verfolgungsgeschwindigkeit können 1) Auf- und Abwärtsbewegungen des Teststreifens 104 innerhalb der Vorrichtung 102 und 2) Geschwindigkeitsschwankungen des Teststreifens 104 beim Einführen oder Bewegen unter der Detektionsöffnung 206 beobachten.
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3A zeigt eine vereinfachte Seitenansicht 300 des Aufbaus aus 2A, wobei der Teststreifen 104 so eingesetzt ist, dass die Kontrolllinie 232 durch die Detektionsöffnung 206 in der Kammeroberwand 214b detektierbar ist.
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3B zeigt eine vereinfachte Seitenansicht 300 des Aufbaus aus 2A, wobei der Teststreifen 104 so eingesetzt ist, dass die Testlinie 230 durch die Detektionsöffnung 206 in der Kammeroberwand 214b detektierbar ist.
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Wenn der Teststreifen 104 jedoch in die geschlossene dunkle Testkammer 204 in der Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 eingeführt wurde, ist es für den Benutzer nicht möglich, visuell zu überprüfen, ob die Kontrolllinie 232 oder die Testlinie 230 für die Detektion durch die Detektionsöffnung 206 korrekt ausgerichtet sind. Daher ist der optische Detektor 208 so konfiguriert, dass er ein oder mehrere dem Teststreifen 104 zugeordnete Verfolgungsmerkmale erkennt, um zu bestimmen, wann zumindest die Testlinie 230 auf dem Teststreifen 104 durch die Detektionsöffnung 206 erfasst werden kann. Weitere Einzelheiten zu den Verfolgungsmerkmalen werden im Folgenden näher beschrieben.
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4 zeigt ein Flussdiagramm der Schritte, die bei einem Verfahren 400 zum Betrieb einer Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 gemäß der vorliegenden Offenbarung erforderlich sind. Das Verfahren 400 kann einen Einrichtungsschritt (nicht dargestellt) umfassen, bei dem die Vorrichtung 102 eingeschaltet wird und sichergestellt wird, dass sie sich in einem Lesemodus (Datensammlung) befindet. In einem ersten Schritt 402 wird dann zumindest ein Teil eines Teststreifens 104 manuell vorbei an einer Detektionsöffnung 206 in einer Testkammer 204 geführt, gefolgt von einem zweiten Schritt 404, in dem unter Verwendung eines optischen Detektors 208 ein oder mehrere dem Teststreifen 104 zugeordnete Verfolgungsmerkmale erfasst werden. Ein dritter Schritt 406 umfasst die Bestimmung, basierend auf der Erfassung des einen oder der mehreren Verfolgungsmerkmale, wann mindestens eine Testlinie 230 auf dem Teststreifen 104 durch die Detektionsöffnung 206 erfasst werden kann. In einem vierten Schritt 408 umfasst das Verfahren das Empfangen von Licht am optischen Detektor 208 von mindestens der Testlinie 230 des Teststreifens 104. In einigen Ausführungsformen wird in einem nachfolgenden Schritt (nicht dargestellt) das empfangene Licht (z. B. gesammelte Daten) analysiert und eine Korrelation zwischen einer Intensität des empfangenen Lichts und der Bewegung des Teststreifens 104 hergestellt, wie sie aus den Verfolgungsmerkmalen abgeleitet wird. In einigen Ausführungsformen können die Schritte 404 und 408 gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen (z. B. während einer Datenerfassungsphase, wenn der Teststreifen durch die Vorrichtung bewegt wird), und Schritt 406 kann anschließend erfolgen (z. B. während einer Datenanalysephase). Mit anderen Worten, die Schritte können in einer anderen als der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden.
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Ein Vorteil des Verfahrens 400 besteht darin, dass der optische Detektor 208 verwendet werden kann, um die korrekte Position der Testlinie 230 zu bestimmen, wenn der Teststreifen 230 in einer dunklen Testkammer 204 eingeschlossen ist, so dass ein zuverlässiges und genaues Testergebnis erzielt werden kann. Darüber hinaus können ein einziger optischer Emitter 212 und ein einziger optischer Detektor 208 verwendet werden, um Licht von einer beliebigen Anzahl von Test-/Kontrolllinien zu erfassen und gleichzeitig die Verfolgung des Teststreifens 104 zu ermöglichen, um die korrekte Ausrichtung für die Messung jeder Test-/Kontrolllinie sicherzustellen. Darüber hinaus kann die Bewegung des Teststreifens 104 manuell ohne komplexe Kontrollen und Geräte erfolgen, wodurch sichergestellt wird, dass die Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 kosteneffektiv bleibt, insbesondere für Einwegtests.
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Daher umfasst der Teststreifen 104 ein oder mehrere Verfolgungsmerkmale, um die Lokalisierung der Testlinie 230 (zumindest) so zu unterstützen, dass die Testlinie 230 durch die Detektionsöffnung 206 der Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 erfasst werden kann. Die Verfolgungsmerkmale können eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften umfassen: eine Markierung, ein Symbol, eine Form, eine Ausstülpung, eine Vertiefung, ein Ausschnitt, eine Farbe, ein Material, eine Rauheit, eine Dicke, eine Transparenz oder eine andere Eigenschaft des Teststreifens 104, die durch den optischen Detektor 208 erfasst werden kann.
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So kann der Teststreifen 104 beispielsweise ein oder mehrere Verfolgungsmerkmale (z. B. Markierungen) in Richtung einer Vorderkante oder einer Seite des Teststreifens 104 aufweisen, die beispielsweise seitlich mit der Testlinie 230 und der Kontrolllinie 232 ausgerichtet sind. In diesem Fall kann der optische Detektor 208 so konfiguriert sein, dass er die Markierungen erkennt, um sicherzustellen, dass die Testlinie 230 und/oder die Kontrolllinie 232 mit der Detektionsöffnung 206 entweder vor der Durchführung einer Testmessung oder bei der Identifizierung einer relevanten Messung aus einer Reihe von Messproben ausgerichtet ist.
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In einigen Ausführungsformen kann die Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 so konfiguriert sein, dass sie die Position des Teststreifens 104 mit einer Technik verfolgt, die der in einem optischen Computermaus-Trackingsystem verwendeten Technik ähnelt. Dementsprechend kann die Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 so konfiguriert sein, dass sie eine digitale Bildkorrelation verwendet, um die Position des Teststreifens 104 innerhalb der Testkammer 204 zu verfolgen. Dazu kann der optische Detektor 208 verwendet werden, um aufeinanderfolgende Bilder des Teststreifens 104 aufzunehmen, während er durch die Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 bewegt wird. Wenn das Licht des optischen Emitters 212 in einem streifenden Winkel auf die Oberfläche des Teststreifens 104 trifft, werden aufgrund der Oberflächenstruktur (z. B. der Rauheit) des Teststreifenpapiers deutliche Schatten geworfen. Die Schatten werden in den aufeinanderfolgenden Bildern erfasst, die verglichen werden, um festzustellen, wie weit sich das Teststreifenpapier zwischen den Bildern bewegt hat. Auf diese Weise ist es möglich, den Abstand entlang des Teststreifens 104 zu messen, so dass die Position der Testlinie 230 und der Kontrolllinie 232 genau bestimmt werden kann.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 so konfiguriert sein kann, dass sie kontinuierlich Bilder des Teststreifens 104 aufnimmt, während er in die Vorrichtung eingeführt oder durch sie hindurchgeführt wird, wobei die Elektronik der gedruckten Schaltung 210 eine digitale Bildkorrelation verwendet, um beispielsweise zu bestimmen, welche der aufgenommenen Bilder denjenigen entsprechen, die für die Durchführung einer Messung von der Testlinie 230 von Interesse sind. Mit anderen Worten, der Teststreifen 104 muss nicht speziell auf die Detektionsöffnung 206 ausgerichtet sein, damit eine Messung vorgenommen werden kann, da eine geeignete Messung aus den vielen Bildern extrahiert werden kann, die aufgenommen werden, wenn der Teststreifen 104 durch das Gerät geführt wird. Die anderen Bilder (d. h. diejenigen, die aufgenommen werden, wenn die Testlinie 230 nicht auf die Detektionsöffnung 206 ausgerichtet ist) können verworfen werden.
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Die Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 kann für einen bestimmten Typ (z. B. Rauheit) von Teststreifenpapier kalibriert und mit Informationen über die Position der Testlinie 230 und/oder der Kontrolllinie 232 auf dem Teststreifen 104 vorprogrammiert werden.
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In einigen Ausführungsformen kann der optische Detektor 208 so konfiguriert sein, dass er zwei oder mehr voneinander beabstandete Verfolgungsmerkmale erkennt, die mit dem Teststreifen 104 verbunden sind, und die Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 kann ferner so konfiguriert sein, dass sie eine Bewegungsgeschwindigkeit des Teststreifens 104 auf der Grundlage eines Zeitpunkts der Erkennung jedes der zwei oder mehr Verfolgungsmerkmale bestimmt. Die Vorrichtung 102 kann Schwankungen in der Bewegungsgeschwindigkeit erkennen und sogar eine Richtung der Bewegung des Teststreifens 104 (z. B. rückwärts oder vorwärts) durch die Vorrichtung 102 bestimmen.
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Es versteht sich, dass gemäß der Offenbarung ein Teststreifen 104 mit einer beliebigen Anzahl von Linien (z. B. Testlinien 230 oder Kontrolllinien 232) aus einem einzigen Teststreifen 104 mit einem minimalen Satz von Komponenten (z. B. einem optischen Emitter 212 und einem optischen Detektor 208) ausgelesen werden kann. Durch Einführen oder Schwenken des Teststreifens 104 durch die Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 können die Reaktionen (z. B. Fluoreszenz oder Reflexion) genau ausgelesen werden. Die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung kann durch den optischen Detektor 208 bestimmt werden, wobei eine Technik verwendet wird, die der einer optischen Computermaus ähnelt, die ihre Position verfolgt. Wenn von einer Testlinie 230 kein Signal erfasst wird, kann dementsprechend festgestellt werden, ob die Testlinie 230 ordnungsgemäß gemessen wurde (z. B. wurde eine Messung vorgenommen, bei der sich die Testlinie 230 an der richtigen Stelle für die Erfassung durch die Detektionsöffnung 206 befand, um ein echtes Null-Ergebnis zu erhalten, und nicht nur falsch ausgerichtet war). Dies kann z. B. durch die Erkennung der Kontrolllinie 232, die in jedem Fall sichtbar werden sollte, in Kombination mit der Information über die Nachführgeschwindigkeit festgestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann dies durch die Erkennung einer Vorderkante des Teststreifens 104 (beim Einschieben) in Kombination mit der Information über die Verfolgungsgeschwindigkeit bestimmt werden. Der letztgenannte Fall ist besonders nützlich, wenn die Kontrolllinie 232 nicht erkennbar ist.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich biologischer Anwendungen, z. B. in den Bereichen der medizinischen, ökologischen und veterinärmedizinischen Diagnostik. Zum Beispiel kann die Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 als Point-of-Care-Gerät konfiguriert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Lateral-Flow-Testvorrichtung 102 so konfiguriert sein, dass sie Coronavirus oder Coronavirus-Antikörper nachweist.
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Liste der Referenznummern:
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- 100
- schematischer Aufbau
- 102
- Lateral-Flow-Testvorrichtung
- 104
- Teststreifen
- 106
- Probenöffnung
- 108
- Probe
- 200
- detaillierter Aufbau
- 202
- Gehäuse der Lateral-Flow-Testvorrichtung
- 204
- Testkammer
- 206
- Detektionsöffnung
- 208
- optischer Detektor
- 210
- PCB
- 212
- optischer Emitter
- 214
- Kammerboden
- 214b
- Kammeroberwand
- 216
- Eintrittsöffnung
- 218
- Eintrittsabdeckung
- 220
- Austrittsöffnung
- 222
- Austrittsabdeckung
- 230
- Testlinie
- 232
- Kontrolllinie
- 300
- Vereinfachte Ansicht
- 400
- Verfahren zum Betrieb
- 402
- Schritt 1
- 404
- Schritt 2
- 406
- Schritt 3
- 408
- Schritt 4
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Der Fachmann wird verstehen, dass in der vorstehenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen Positionsbegriffe wie „oben“, „entlang“, „seitlich“ usw. unter Bezugnahme auf konzeptionelle Abbildungen, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, verwendet werden. Diese Begriffe werden der Einfachheit halber verwendet, sind aber nicht als einschränkend zu verstehen. Diese Begriffe sind daher so zu verstehen, dass sie sich auf ein Objekt beziehen, wenn es sich in einer Ausrichtung befindet, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
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Obwohl die Offenbarung in Form von bevorzugten Ausführungsformen, wie oben dargelegt, beschrieben wurde, ist es zu verstehen, dass diese Ausführungsformen nur illustrativ sind und dass die Ansprüche nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sind. Fachleute können im Hinblick auf die Offenbarung Änderungen und Alternativen vornehmen, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Jedes Merkmal, das in der vorliegenden Beschreibung offenbart oder dargestellt ist, kann in jede beliebige Ausführungsform eingebaut werden, sei es allein oder in einer geeigneten Kombination mit einem anderen hier offengelegten oder dargestellten Merkmal.
