DE3003189A1

DE3003189A1 - Verfahren und vorrichtung zur analyse von gesamtblutproben

Info

Publication number: DE3003189A1
Application number: DE19803003189
Authority: DE
Inventors: Bruce J Oberhardt
Original assignee: Technicon Instruments Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1979-01-31
Filing date: 1980-01-30
Publication date: 1980-11-13
Also published as: IT1133057B; JPH0131140B2; DE3038017C2; JPH01308965A; FR2448151A1; US4288228A; GB2042721A; FR2448151B1; GB2042721B; JPS55132955A; JPH0370183B2; DE3038017A1; CA1140775A; IT8067149A0; DE3003189C2

Description

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TECHNICON INSTRUMENTS CORPORATION, Tarrytown, N.Y., VStA '

Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von Gesamtblutproben

Die Erfindung betrifft die Analyse von Gesamtblutproben und insbesondere die Herstellung eines aliquoten Teils einer flüssigen Komponente der Gesamtblutprobe durch Diffusion in ein poröses Medium.

Bisher sind schon viele Verfahren zum Analysieren von Gesamtblutproben bekannt, bei einigen Verfahren werden die flüssigen Komponenten von den roten Blutkörperchen abgetrennt (Hämatokrit), indem man zunächst die'Gesamtblutprobe durch ein poröses Medium, wie beispielsweise eine Celluloseschicht, filtert. Die Erythroeyten werden dabei auf der Oberfläche des Filters festgehalten. Die Flüssigkeitskomponenten, die durch das Filter hindurchtreten, werden anschließend auf ein Band oder anderes Medium, das ein Reagenz zum Untersuchen der Flüssigkeitsprobe in bezug auf eine bestimmte Komponente, wie beispielsweise Glucose, Blutharnstoffstickstoff, Natriumionen usw., enthält, aufgebracht. Derartige Verfahren sind aus den US-PSn 3 260 413 und 3 261 663 bekannt.

Bei den genannten Verfahren wird angestrebt, rasche Analysen von Blutproben automatisch unter Verwendung einer äußerst geringen Menge an Probenvolumen, beispielsweise von 20 /Ul, durchzuführen. Während derartige Verfahren im allgemeinen für ihre Zwecke nützlich sind, lassen sie dennoch Wünsche offen. Dies liegt daran, weil jede gefilterte Flüssigkeitsprobe sorgfältig abgemessen v/erden muß, um einen aliquoten Teil zu erhalten. Geht man aber mit solchen geringen Flüssigkeitsmengen, wie 20/Ul, um, so führt selbst ein geringfügiger Fehler beim Bestimmen des Probenvolumens zu einem völlig falschen Ergebnis.

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Es ist deshalb erkannt worden, daß eine Hauptschwierigkeit bei der automatisierten Analyse von Gesamtblut dadurch beseitigt werden könnte, wenn man eine genaue aliquote Menge der Probe in einfacher und praktischer Weise erhalten könnte.

Aus der US-PS (Patentanmeldung 922611 von

1978) ist es bekannt, einen aliquoten Teil eines zu analysierenden Blutbestandteils durch Diffusion des zu analysierenden Blutbestandteils aus einer Serumprobe in ein Gel oder anderes poröses Medium während einer gegebenen Zeitdauer zu erhalten. Diese Lösung bedient sich daher einer Messung der Zeit im Gegensatz zu den vorher üblichen Messungen des Probenvolumens. Genaue Zeitmessungen sind leichter zu erzielen als Messungen des Probenvolumens. Jedoch ist bei der Verwendung von Gesamtblut die Diffusion der flüssigen Bestandteile von noch anderen Faktoren als der Zeit abhängig. Beispielsweise wird ein Korrekturfaktor benötigt, um Änderungen der Diffusionsgeschwindigkeiten auszugleichen, die sich aus den Änderungen beim Hämatokrit von Probe zu Probe ergeben, d.h. jede Gesamtblutprobe besitzt eine unterschiedliche Menge an Erythrocyten, was die Diffusionsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, die in das poröse

Medium eindiffundiert, verändert, vgl. US-PS

(Patentanmeldung 936436 aus dem Jahre 1978).

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird diese bisherige Schwierigkeit dadurch überwunden, indem man einen genauen aliquoten Teil nach einem Verfahren erhält, das weder zeit- noch hämatokritabhängig ist. Erfindungsgemäß wird ein dünner Film aus einem Gel oder anderem porösem Material mit bekanntem, vorherbestimmtem Volumen vorgegeben. Wenn ein Tropfen Gesamtblut auf das Gel aufgebracht wird, erreicht er fast augenblicklich einen Gleichgewichtszustand oder diffundiert auf andere Weise bis zur Sättigung, weil das Gel nur ein winziges Volumen und nur

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eine dünne Schicht besitzt, Mit anderen Worten, statt die ' Probe zum Erzeugen eines aliquoten Teils abzumessen, wird nach der genannten Ausführungsform der Erfindung das Volumen des Aufnahmemediums, in das die Probe hineindiffundierengelassen wird, gesteuert. Die Herstellung genauer Gelvolumina kann leicht gesteuert werden, so daß sich daraus eine Automatisierung von Analysen von Gesamtblutproben ergibt, die rasch verlaufen und genau und bequem sind.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung wird eine zeitgesteuerte Diffusion auf genauere Weise erzielt, als dies bisher bekannt war, indem man einen Schalter oder ein Ventil für eine Molekulardiffusion verwendet. Der Schalter für die Molekulardiffusion enthält eine undurchlässige Barrieren- oder Sperrschicht, die zwischen zwei porösen Medien angeordnet ist, über die die Diffusion erfolgen soll. Die undurchlässige Barrieren- oder Sperrschicht wird entfernt und anschließend wieder hergestellt, so daß die Diffusion über die Medien genau zeitgesteuert ist. In einer bevorzugten Anordnung besteht die undurchlässige Barrierenoder Sperrschicht aus einem unmischbaren Fluid, das zwischen den beiden porösen Medien, die die diffundierbaren Spezies enthalten, angeordnet ist. Das undurchlässige Barrierenfluid läßt sich leicht aus dem Raum zwischen den Medien entfernen und anschließend erneut einbringen, so daß man das Ziel erreicht, das Ingangsetzen und die Dauer der Diffusion zwischen den beiden porösen Medien genau zu steuern, um einen genauen aliquoten Teil zu erhalten.

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur raschen Gewinnung eines aliquoten Teils einer flüssigen Komponente einer Gesamtblutprobe, wobei in einer ersten Ausführungsform ein genauer aliquoter Teil dadurch erhalten wird, daß man die flüssige Komponente in ein gegebenes, vorherbestimmtes Volumen eines in dünner Schicht vorliegenden, porösen Mediums eindiffundieren läßt. Die Gesamtblut-

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probe wird mit der Oberfläche des dünnschichtigen, porösen Mediums in Kontakt gebracht. Mindestens ein Teil einer Flüssigkeitskomponente wird bis zur Sättigung in das poröse Medium eindiffundierengelassen.

Die Analyse der Flüssigkeitskomponente wird dadurch vorgenommen, daß man den Überschuß der Probe von der Oberfläche des porösen Mediums entfernt und anschließend das diese Komponente enthaltende Medium mit einem ein Reagenz enthaltenden Medium in Berührung bringt. Nach Ablaufenlassen einer gegenseitigen Diffusion zwischen den Medien wird die umsetzung zwischen der Flüssigkeitskomponente und dem Reagenz in einem der beiden Medien gemessen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein genauer aliquoter Teil durch eine sorgfältig gesteuerte gegenseitige Diffusion zwischen den porösen Medien über einen Schalter für eine Molekulardiffusion erhalten. Der Molekularschalter bewirkt eine zeitlich genau gesteuerte Diffusion von Substanzen von einem Medium zum andern, so daß ein bestimmter Betrag (aliquoter Teil) von Material genau überführt werden kann. Der Molekularschalter besteht aus einer undurchlässigen Schicht, die als Barriere oder Isolierungsmittel zwischen den beiden porösen Medien dient. Vorzugsweise ist die undurchlässige Schicht ein unmischbares Fluid (d.h. ein Gas oder eine Flüssigkeit), das leicht aus dem Raum zwischen den porösen Medien entfernt und anschließend "wieder dazwischengeschaltet werden kann.

Wenn beispielsweise die diffundierende Substanz oder die diffundierenden Substanzen in einem wäßrigen Lösungsmittel vorhanden ist bzw. sind, kann eine hydrophobe Substanz als unmischbare Barrieren- oder Sperrflüssigkeit verwendet werden. Wenn die diffundierende Substanz bzw. die diffundierenden Substanzen hydrophob ist bzw. sind, kann als Barrieren- bzw. Sperrflüssigkeit eine hydrophile Substanz verwendet werden.

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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung verbesserter Methoden und Vorrichtungen zur Analyse von Gesamtblutproben, insbesondere zur Erzielung eines aliquoten Teils einer Flüssigkeitskomponente einer Gesamtblutprobe in rascher Weise, insbesondere durch Diffundierenlassen der flüssigen Komponente in ein gegebenes Volumen eines porösen Mediums, wobei das Verfahren ein zeitunabhängiges Diffusionsverfahren ist.

Weiter ist Aufgabe der Erfindung die Schaffung von Mitteln zum genauen Steuern der Diffusion einer Substanz zwischen zwei Medien sowie zum Erhalt eines aliquoten Teils einer Substanz durch zeitlich gesteuerte Diffusionsverfahren.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert, worin

F i g . 1a bis 1e Querschnitte von aufeinanderfolgenden Zuständen einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Blutanalyse gemäß der Erfindung,

F i g . 1f ein Querschnitt einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Zustand gemäß Fig. 1c,

F i g . 2 ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1a bis 1e,

F i g . 3 und 3a perspektivische Ansichten einer teilweise aufgeschnittenen weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 4a, 4b und 4d bis 4f Querschnitte einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in aufeinanderfolgenden Zuständen gemäß Fig. 1a bis 1e,

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F i g . 4c eine Draufsicht auf die in Fig. 4a, 4b bzw. 4d bis 4f gezeigten Vorrichtung,

F i g . 5a und 5b Querschnitte einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in aufeinanderfolgenden Zuständen gemäß Fig. 1a bis 1e,

Fi g . 6a eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1a bis 1e,

Fig. 6b einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß Fig. 6a in in Betrieb befindlichem Zustand,

F i g . 7a bis 7c Querschnitte von aufeinanderfolgenden Zuständen einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 1a bis 1e,

F i g . 8 einen Querschnitt durch eine automatisierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 6a und 6b un.d

F i g . 9 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Eintauchstabes in auseinandergezogenem Zustand

darstellen.

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Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Gesamtblutanalysen, um die Erfindung zu erläutern, jedoch ist die Erfindung nicht auf eine Anwendung auf Gesamtblutanalysen beschränkt.

In Fig. 1a bis 1f ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert. Fig. 1a zeigt ein transparentes Substrat 9, das ein poröses Medium 10 von gegebenem, vorherbestimmtem Volumen trägt. Das Medium kann im Falle der Blutanalyse ein wäßriges Gel sein. Ein Tropfen Blut 11, der analysiert werden soll, wird gemäß Fig. 1b umgebend und überlappend über das Gel 10 gebracht. Das Plasma des Gesamtblutes durchdringt und sättigt das Gel 10 vollständig und nahezu unverzüglich, weil das Gel sehr dünn ist und ein sehr geringes Volumen besitzt. Es wird so ein genauer aliquoter Teil des Plasmas erhalten, da das Volumen des Gels bekannt ist. Dieses Volumen wird bei der Herstellung genau gesteuert.

Die Porengröße des porösen Mediums wird so gewählt, daß Erythrocyten (Hämatokrit) und andere große Blutproteine ausgeschlossen werden. Hämatokritx^irkungen steilen bei der Erzielung eines aliquoten Teils des Plasmas keine Schwierigkeit dar, weil die Sättigung des Gels 10 nahezu unverzüglich erfolgt.

Nachdem das Gel 10 mit dem Plasma aus der Blutprobe gesättigt worden ist, wird der Rest der Probe 11 von der Oberfläche 12 von Gel 10 und Substrat 9 entfernt. Um dies zu erzielen, gibt es verschiedene Wege, wie mit Hinweis auf die Fig. 1c, 1f, 3 und 3a beschrieben ist. Gemäß Fig. 1c wird der Blutrest mit einem Gummiquetscher oder einem Wischblatt 13 entfernt, der bzw. das quer über die Oberfläche in Richtung des Pfeiles 14 gezogen wird.

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Eine weitere Möglichkeit, den Blutrest zu entfernen, ■ "besteht in der Anwendung eines Wasch- oder eines Luftstrahls 15, wie in Fig. 1f gezeigt. Eine Düse 16 kann einen Druckluftstrahl oder einen hydrophoben Waschstrahl 15 (wenn eine wäßrige Probe, wie Blut verwendet v/ird) abgeben. Es muß allerdings dafür Sorge getragen werden, daß kein Plasma aus dem Gel 10 herausgezogen wird.

Gemäß Fig. 3 und 3a wird ein weiteres Verfahren zur Entfernung der Blutprobe mittels einer Abschälschicht vorgestellt, wie weiter unten näher erläutert wird.

Die Analyse einer von verschiedenen zu untersuchenden Substanzen oder Komponenten des Plasmas wird dadurch erzielt, daß man den gewünschten Bestandteil mit einem Reagenz oder mit Reagenzien bekannter Konzentration umsetzt und eine Farbänderung beobachtet.

Fig. 1d zeigt ein zweites transparentes Substrat 18, das ein zweites Gel oder poröses Medium 19 trägt. Das poröse Medium 19 enthält das Reagenz bzw. die Reagenzien, das bzw. die zur Erzielung einer Umsetzung, beispielsweise einer Farbänderung, mit dem zu analysierenden Bestandteil benötigt wird bzw. werden.

Die Substrate 9 und 18 werden gemäß dem Pfeil 20 derart zusammengebracht, daß zwischen den Geloberflächen 21 und 22 eine Berührung hervorgerufen wird, wie in Fig. 1e dargestellt. Wenn die Gele 10 und 19 in Berührung miteinander stehen, erfolgt über die Grenze, die durch die Geloberflächen 21 und 22 definiert ist, eine gegenseitige Diffusion von zu untersuchender Substanz und Reagenz.

Ein Verfahren zur Messung besteht darin, durch die •Umsetzung von zu untersuchender Substanz und Reagenz eine Färbung zu erzeugen, die beobachtet und analysiert wird,

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indem man einen Lichtstrahl durch die Gele 10 und 19 auf einen - nicht dargestellten - Detektor eines Kolorimeters richtet.

Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Substrate 9 und 18 benachbart zueinander angeordnet, wobei eine dünne undurchlässige Schicht 25 zwischen ihnen vorhanden ist, wie aus der Zeichnung zu ersehen. Die Verfahren gemäß den Fig. 1a bis 1c werden, wie oben beschrieben, durchgeführt. Wenn eine Umsetzung zwischen der zu bestimmenden Substanz und dem Reagenz in Gang gesetzt werden soll, wird die undurchlässige Schicht 25 aus dem Zwischenraum zwischen den Gelen 10 und 19, wie durch den Pfeil 26 angedeutet, herausgezogen und damit entfernt. Dadurch wird eine Diffusion der Probe aus dem Gel 10 in das Gel 19 veranlaßt. Wiederum kann die Entwicklung einer Färbung dazu verwendet werden, um den zu bestimmenden Bestandteil in der Probe quantitativ zu erfassen.

Fig. 3 und 3a zeigen eine perspektivische Ansicht einer Anordnung 30 von Gelen 31 und 32, die gemeinsame Substrate 33 bzw. 34 aufweisen. Diese Anordnung 30 besitzt eine ähnliche Konstruktion wie die in Fig. 2 dargestellte einfache Anordnung zur Analyse von zu bestimmenden Bestandteilen. Eine undurchlässige Barriere oder Sperre 36 ist zwischen den Substraten 33 und ~5k angeordnet, um eine Umsetzung zwischen entsprechenden Reagenzien in den Gelen 32 mit den zu bestimmenden Substanzen in den Gelen 31 zu verhindern.

Die Anordnung 30 ist dazu bestimmt, eine Mehrzahl von Proben auf bestimmte Bestandteile gleichzeitig zu analysieren. Jedes Gel 32 besitzt ein Reagenz oder Reagenzien, das bzw. die für lediglich einen zu bestimmenden Bestandteil des Plasmas in den Gelen 31 spezifisch ist bzw. sind.

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Das Plasma wird in die Gele 31 in etwas unterschied- ■ licher Weise eingebracht, als zuvor beschrieben. Eine Gesaratblutprobe 40 (Fig. 3a) wird oben auf eine poröse Schicht 41 aufgesetzt, die das Plasma der Blutprobe 40 absorbiert, während sie die Blutzellen nicht aufnimmt. Das Plasma wird durch die Schicht 41 hindurch filtriert und in die dünne Gelschicht 31 eindiffundierengelassen. Wie oben erfolgt die Sättigung des Gels 31 nahezu augenblicklich. Wenn sich das Plasma innerhalb des Gels 31 befindet, wird die poröse Schicht 41 von dem Substrat 33 abgeschält, wodurch der restliche Blutanteil entfernt wird» Danach wird die undurchlässige Schicht 36 aus dem Zwischenraum zwischen den Gelen 31 und 32 und den Substraten 33 und 34, wie durch den Pfeil 38 angedeutet ist, entfernt. Nach der gegenseitigen Diffusion von zu untersuchendem Bestandteil und Reagenz in die entsprechenden Gelpaare und 32 wird ein Lichtstrahl 44 von der Lichtquelle 45a emittiert, die auf einem Substrat (Plattform) 45b angeordnet ist, und durch jedes Gelpaar 31 _f 32 hindurch auf einen entsprechenden Detektor 45 eines Kolorimeters, der auf einem Substrat (Plattform) 45c angeordnet ist, gerichtet. Mehrere zu bestimmende Substanzen aus einer Probe können auf diese Weise gleichzeitig mit Hilfe dieser Vorrichtung bestimmt werden.

Gemäß den Fig. 4a bis 4f sind in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwei oder mehr kreisförmige, poröse Schichten oder Membranen 50a, 50b, 50c usw. vorgesehen, die an der Peripherie mit Hilfe eines inerten, nichtporösen Abstandshalters 55 verbunden sind. Die erste Membran 50a wird auf ihrer Oberfläche mit der Blutprobe bedeckt, analog wie bei den anderen Ausführungsformen. Die Membranen 50 und 50c können ein Reagenz zur Umsetzung mit einem zu bestimmenden Bestandteil der Blutprobe enthalten, der in die Schicht 50a hineindiffundiert ist.

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Zu anfang existiert zwischen den Schichten 50a und 50b, wie in Fig. 4a dargestellt, oder zwischen den Schichten 50a und 50b sowie zwischen den Schichten 50b und 50c, wie in Fig. 4d dargestellt, ein Hohlraum 52, der mit Luft oder mit einer Sperrflüssigkeit gefüllt sein kann, wie weiter unten erläutert wird. Jeder Hohlraum 52 steht mit einer Leitung 53 in Verbindung, die ein Ventil 54 enthält. Eine umkehrbare Pumpe 56 ist in jeder Leitung 53 angeordnet, um Fluid aus jedem entsprechenden Hohlraum 52 heraus- bzw. in den Hohlraum hineinzupumpen.

Wie oben erwähnt, ist die Oberfläche 51 der Schicht 50a mit einer Gesamtblutprobe bedeckt, bis die Schicht 50a mit dem Plasma der Probe vollständig gesättigt ist. Danach wird der Rest der Blutprobe von der Oberfläche 51 entfernt, und die Schichten 50a und 50b werden, wie in den Fig. 4b und 4e dargestellt, miteinander in Berührung gebracht. Diese Berührung wird dadurch herbeigeführt, daß der Hohlraum 52 zwischen den Schichten 50 und 50b evakuiert wird. Das Ventil 54, das in den entsprechenden Leitungen 53 angeordnet ist,, wird geöffnet, und die Pumpe 56 pumpt die Luft oder die Barrieren- oder Sperrflüssigkeit aus dem.Hohlraum 52 heraus.

Die einander berührenden Schichten 50a und 50b gestatten nunmehr eine gegenseitige Diffusion des zu bestimmenden Bestandteils der Probe und des Reagenzes. Gewünschtenfalls kann ein weiteres Reagenz in Schicht 50c nachfolgend mit den Produkten der ersten Umsetzung durch Diffusion zur Umsetzung gebracht werden, indem man analog den Hohlraum 52 zwischen den Schichten 50b und 50c evakuiert, wie in Fig. 4f dargestellt.

In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Diffusion abzubrechen oder eine Diffusion der Reaktionsteilnehmer hur für eine gegebene Zeitdauer zu gestatten. Bei einem derarti-

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gen Verfahren kann die Luft oder die Flüssigkeit nach einem gegebenen Zeitabschnitt in den Hohlraum 52 zurückgepumpt werden.

Gemäß den Fig. 5a und 5b sind in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwei poröse, hydrophile Membran- oder Gelschichten 60a und 60b vorgesehen, die normalerweise durch ein magnetisches, hydrophobes Fluid voneinander getrennt werden. Wie oben erwähnt, wird die - nicht gezeigte - Gesamtblutprobe auf die Oberfläche 60 der Schicht 60a aufgebracht und das Plasma der Blutprobe ist zur Sättigung in die poröse Schicht 60a eindiffundieren gelassen. Der restliche Blutanteil auf der Oberfläche 60 wird anschließend entfernt. Nach der Sättigung der Schicht 60a sollen die zu bestimmenden Bestandteile des Plasmas mit einem farberzeugenden Reagenz oder mit farberzeugenden Reagenzien, das bzw. die in der Schicht 60b enthalten sind, umgesetzt werden. Die Umsetzung zwischen dem zu bestimmenden Bestandteil und dem Reagenz wird dadurch zustande gebracht, daß man die Schichten 60a und 60b zur Berührung bringt, so daß eine gegenseitige Diffusion der Reaktionsteilnehmer erfolgen kann, wie in Fig. 5b dargestellt. Bis eine derartige Berührung erzielt wird, verhindert das hydrophobe, magnetische Fluid 61, daß eine Diffusion zwischen den Schichten 60a und 60b in nennenswertem Umfang stattfindet. Das magnetische Fluid 61 wirkt somit als Barrieren- oder Sperrschicht zwischen den Schichten 60a und 60b.

Die Schichten 60a und 60b können kreisförmig sein und können an der Peripherie durch einen ringförmigen, inerten, nichtporösen Abstandshalter 62 miteinander verbunden sein. An der Peripherie sind auch Elektromagnete 63 angeordnet, die nach dem Einschalten, wie in Fig. 5b dargestellt, das magnetische Fluid 61 anziehen und somit veranlassen, daß das magnetische Fluid 61 sich an der Peripherie der Schich-

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ten 6Oa und 6Ob konzentriert. Da somit das magnetische Fluid aus dem Mittelteil abgezogen ist, berühren sich die Schichten 60a und 60b, wie dargestellt, und es erfolgt eine gegenseitige Diffusion mit anschließender Farbstoffbildung in dem Mittelteil 65. Die Färbentwicklung ist für den zu untersuchenden Bestandteil in der Flüssigkeitsprobe kennzeichnend. Die Färbung kann mit Hilfe herkömmlicher kolorimetrischer oder spektrofotometrischer Verfahren, wie oben erwähnt, abgelesen und ausgewertet werden.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den Fig. 6a und 6b erläutert. Hier werden wiederum zwei poröse, hydrophile Membranen oder Gele 70a und 70b, von denen jede bzw. jedes einen zu untersuchenden Bestandteil der Probe bzw. ein Reagenz enthält, durch eine hydrophobe, flüssige Sperrschicht 71 (Fig. 6a) voneinander getrennt. Die Schichten 70a und 70b können kreisförmig sein und an ihrer Peripherie durch einen ringförmigen, inerten, nichtporösen und nichtdargestellten Abstandshalter befestigt sein. Ein beispielsweise in Form eines rechteckigen Rahmens umlaufender, magnetisierbarer Ring 73 umgibt und haltert eine starre, transparente Platte 74, die ihrerseits die Schicht 70b trägt. Auf der Oberseite von Schicht 70a ist eine Magnetspule 75, die um eine hohle, magnetisierbare Röhre 76 gewiekelt ist, angeordnet. Wenn die Spule 75 eingeschaltet wird, verursacht der Ring 73, daß die Platte 74 gegen Schicht 70b stößt. Dadurch werden die Schichten 70a und 70b miteinander in Berührung gebracht und die Flüssigkeit 71, wie in Fig. 6b dargestellt , verdrängt.

Durch die hohle Röhre 76 sowie durch die Schichten 70a, 70b und die transparente Platte 74 kann Licht auf einen Detektor 72 eines Kolorimeters gerichtet werden. Auf diese Weise kann die sich zwischen Reagenz und zu bestimmendem Bestandteil ausbildende Färbung zur Bestimmung der Konzentration des zu bestimmenden Bestandteils verwendet

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werden.

Gemäß den Fig. 7a, 7b und 7c wird in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Diffusion zwischen zwei entsprechenden Schichten 80a und 80b während einer gegebenen Zeitdauer aufrechterhalten, um eine meßbare Umsetzung zwischen dem zu untersuchenden Probenbestandteil und dem Reagenz zu bewirken. Die Blutprobe 79 wird auf die poröse Schicht 80a aufgebracht. Die zu bestimmenden Bestandteile in dem Plasma der Blutprobe 79 diffundieren in die Schicht 80a ein, bis die Schicht gesättigt ist. Eine Barrieren- oder Sperrschicht 81 aus einem unmischbaren Fluid wird aus dem Zwischenraum zwischen den Schichten 80a und 80b über Leitung 82, das offene Ventil 83 und Pumpe 84 herausgezogen. Dadurch wird verursacht, daß die Schichten 80a und 80b einander berühren und die Reagenzien in der Schicht 80b und der zu bestimmende Bestandteil bzw. die zu bestimmenden Bestandteile in Schicht 80a gegenseitig diffunuieren, wie in Fig. 7b dargestellt. Die Umsetzung zwischen dem zu bestimmenden Bestandteil und dem Reagenz wird in der Schicht 80b mittels angebrachter Elektroden 86 und 87, die mit Anschlüssen bzw. 89 versehen sind, überwacht. Die gegenseitige Diffusion wird, wie oben erwähnt, während einer gegebenen Zeitdauer aufrechterhalten, wodurch sichergestellt wird, daß ein gegebener, aliquoter Teil an zu bestimmendem Bestandteil mit einer bekannten Menge Reagenz umgesetzt wird. Die Diffusion wird beendet, indem man die Barrierenflüssigkeit 81 zwischen die Schichten 80a und 80b zurückschickt und sie sich trennen läßt, wie in Fig. 7c dargestellt.

Bei dieser Ausführungsform braucht die Probe 79 nicht entfernt zu werden, weil die Umsetzung nach einer durch Zeitmessung gesteuerten Diffusion elektrochemisch überwacht wird. Ein genauer aliquoter Teil kann erzielt werden, weil die Diffusion durch Wiedereinführung der Barrierenschicht genau gesteuert werden kann.

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In Fig. 8 ist ein automatisiertes System zur Blutanalyse dargestellt. Ein kontinuierliches Gewebe 90 wird nacheinander einer Blutaufgäbeeinrichtung 91, einer Abwischstation 92, einer Station 93 für die Herstellung eines elektromagnetischen Kontaktes und einer Ablesestation Sk zugeführt. Das Gewebe oder die Gewebebahn 90 besteht aus einer oberen Schicht 90a, die diskrete Gelabschnitte 95 von gegebenem Volumen zur Aufnahme von Proben aufweist. Die Schicht 90a wird durch eine Fluidbarriere 96 von einer unteren Schicht 90b getrennt, die diskrete reagenzhaltige Gelsegmente 97 aufweist.

Das Plasma aus der aufgebrachten Blutprobe (Station 91) diffundiert bis zur Sättigung in das Gel 95 der Schicht 90a. Nach Sättigung des Gels 95 wird die Gewebebahn zu einer Wischstation 92 weitertransportiert, bei der das überschüssige Blut von der Oberfläche des Gels 95 entfernt wird. Danach wird das Gel 95 zwischen einen Elektromagneten 93a und eine durch eine Feder zurückgehaltene, magnetisierbare Platte 93b geführt. ¥enn der Elektromagnet 93a eingeschaltet wird, zieht er die magnetisierbare Platte 93b an. Dadurch werden die Gele 95 und 97 in Berührung gebracht, wobei sie das Barriere- oder Sperrfluid 96 verdrängen. Damit kann die gegenseitige Diffusion zwischen den Gelen stattfinden, die eine Umsetzung zwischen zu bestimmender Substanz und Reagenz verursacht. Die Gewebebahn 90 wird nunmehr an einer Ablesestation 9^ vorbeigeführt, die aus einer Lichtquelle 98 und einem Detektor 99 eines !Colorimeters besteht. Die Färbungstiefe der Umsetzung wird quantitativ in Beziehung zur Konzentration des zu bestimmenden Bestandteils der Probe gesetzt.

In Fig. 9 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Eintauchstabes in auseinandergezogener Darstellung gezeigt. Der Eintauchstab umfaßt eine Grundplatte 100 aus Kunststoff mit einem Griff 101 an

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einer Seite und einem flüssigkeitaufsaugenden Docht 102 auf der anderen. Die Grundplatte 100 trägt eine dünne Schicht aus mit Reagenz versehenem Gel 103. Eine zweite Gelschicht 104, die die Probe aufnimmt, sitzt innerhalb eines nichtdargestellten, dünnen Trägerrahmens aus Kunststoff oder dünnem Dichtungsmaterial, der die Gelabschnitte 110 sowie den Abschnitt 106 auf der Oberseite des reagenzhaltigen Gels 103 definiert und voneinander trennt. Das reagenzhaltige Gel 103 und das probenhaltige Gel 104 werden von einer Schicht 105 aus Barrieren- oder Sperrflüssigkeit voneinander getrennt. Das probenhaltige Gel 104 ist in drei Teile geteilt: (a) einen exponierten Sei-■fcenabschnitt 106 von bekanntem Volumen, der dazu bestimmt ist, die Flüssigkeitsprobe aufzunehmen, (b) einen Mittelabschnitt 107, der eine abgestufte Reihe von Abschnitten 110 mit dem zu bestimmenden Bestandteil enthält, wobei jeder Abschnitt eine ansteigend höhere Konzentration des zu bestimmenden Bestandteils aufweist, und (c) einen Seitenabschnitt 108, der eine Zahlenkennzeichnung neben jedem Abschnitt 110 des Abschnitts 107 aufweist.

Der Abschnitt 107 ist von einem Deckel 111 aus Hartkunststoff abgedeckt. Dieser Kunststoffdeckel 111 verhindert, daß zu bestimmender Bestandteil der Probe in die Abschnitte 110 eindringt, und wird außerdem dazu verwendet, die Schicht 105 aus Barrieren- oder Sperrfluid zwischen den Schichten 103 und 104 zu verdrängen.

Der Eintauchstab wird in Betrieb gesetzt, indem man ihn in eine - nicht dargestellte - Flüssigkeitsprobe, wie beispielsweise Gesamtblut, eintaucht. Nachdem das Plasma der Blutprobe den Seitenabschnitt 106 der Schicht 104 durchdrungen und gesättigt hat, wird der Rest der Blutprobe von der Oberfläche des Abschnittes 106 entfernt. Danach wird die Grundplatte 101 auf eine ebene Fläche, wie beispielsweise eine Tischplatte, gelegt und der Kunststoff-

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deckel 111 mit dem Daumen des Benutzers nach unten gedrückt. Dadurch wird die Fluidbarriere 105 aus dem Raum zwischen den Schichten 103 und 104 verdrängt. Das Fluid

105 wird durch den Docht 102 aufgesaugt.

Die Schichten 103 und 104 stehen nunmehr in Berührung miteinander, wodurch die gegenseitige Diffusion von zu untersuchendem Bestandteil und Reagenz ermöglicht wird. Die verschiedenen Abschnitte 110 in der Schicht 104 ergeben ein ansteigend abgestuftes Farbmuster. Der Abschnitt

106 entwickelt eine Färbung, die der Konzentration des zu bestimmenden Bestandteils in der Probe entspricht. Wenn in beiden Abschnitten 106 und 107 die Färbung entwickelt ist, wird die Färbung des Abschnittes 106 mit der durch die Abschnitte 110 auf Abschnitt 107 entstandenen Farbskala verglichen. Von dem Abschnitt 110 mit der der Färbung auf dem Abschnitt 106 am nächsten kommenden Färbung wird der numerische Wert der Konzentration des zu bestimmenden Bestandteils aus der Bezeichnung abgelesen, die auf Abschnitt 108 für diesen Abschnitt 110 angegeben ist.

Das unmischbare Barrierenfluid liefert eine genaue Möglichkeit zur Steuerung der Diffusion durch Membranen oder Gele. Eine Reihe von Abweichungen der beschriebenen Vorrichtungen können vom geübten Fachmann selbstverständlich vorgenommen werden. Beispielsweise können die Geloder Membranschichten, die das Reagenz enthalten, kovalent an das Reagenz gebunden sein, so daß die Wanderung (Diffusion) des Reagenzes nicht stattfindet. In einem derartigen Fall diffundiert nur der zu bestimmende Bestandteil in das das Reagenz aufweisende Gel und erzeugt lediglich dort eine Färbung.

Die Barrieren- oder Sperrschicht muß mit dem zu analysierenden Bestandteil unmischbar sein; sie kann entweder hydrophob oder hydrophil sein, was von der Natur des zu bestimmenden Bestandteils abhängt.

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Claims

Patentanwälte Reichel u. Heichel r> π Π Ί. 1 a Q Frcnüiuri a. M, 1 Parksiraße 13 P 30 03 189.1 25. Juni 1980 Wa/Gu-9561 TECHNICON INSTRUMENTS CORPORATION, Tarrytown, N.Y., VStA Patentansprüche

1. Verfahren zum raschen Gewinnen eines aliquoten Teils einer Flüssigkeitskomponente aus einer Gesamtblutprobe durch Diffundierenlassen dieser Flüssigkeitskomponente in ein gegebenes, vorbestimmtes Volumen aus einem porösen Medium in Form eines dünnen Films,

dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) eine Oberfläche des porösen Mediums in Form eines dünnen Films mit der Gesamtblutprobe in Berührung bringt und

(b) die Flüssigkeitskomponente der Gesamtblutprobe in das gegebene, vorherbestimmte Volumen des porösen Mediums in Form eines dünnen Films bis zu dessen Sättigung eindiffundieren läßt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem

(c) nach der Diffusion der Flüssigkeitskomponente in das poröse Medium restliche Teile der Gesamtblutprobe von der Oberfläche des porösen Mediums entfernt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß man das Entfernen gemäß Stufe (c) durch

(d) Abwaschen der Gesamtblutprobe von der Oberfläche des porösen Mediums durchführt.

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4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Entfernen gemäß Stufe (c) durch

(d) Abwischen der Gesamtblutprobe von der Oberfläche des porösen Mediums durchführt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Entfernen gemäß Stufe (c) durch

(d) Säubern der Oberfläche des porösen Mediums von der Gesamtblutprobe mit Hilfe eines Druckstrahls durchführt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem

(d) nach dem Entfernungsschritt (c) das die flüssige Komponente enthaltende poröse Medium in Form eines dünnen Films mit einem porösen Medium, das mit einem Reagenz vollständig gesättigt ist, in Be~ rührung bringt und

(e) eine gegenseitige Diffusion zwischen den beiden porösen Medien ermöglicht.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als poröse Medien jeweils ein Gelmaterial verwendet.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als poröses Medium ein Gelmaterial verwendet.

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9. Vorrichtung zur Analyse einer Gesamtblutprobe, bestehend aus:

einem ersten porösen Medium in Form eines dünnen Films (10, 21, 33, 50a, 60a, 70a, 80a, 90a, 104) von gegebenem, vorherbestimmten Volumen zum Kontakt mit der Gesamtblutprobe (11), die analysiert werden soll, wobei eine Flüssigkeitskomponente der Probe in das erste poröse Medium eindiffundiert,

Mitteln (13, 16, 41) zur Entfernung überschüssiger Probe von dem ersten porösen Medium nach erfolgter Diffusion,

einem zweiten porösen Medium (22, 19, 50b, 60b, 70b, 80b, 90b, 103), das mindestens ein Reagenz enthält,

Mitteln (26, 56, 63, 84; 73, 75; 93, 111) zum Inkontaktbringen des ersten porösen Mediums mit dem zweiten porösen Medium zur Ermöglichung der gegenseitigen Diffusion zwischen beiden Medien und

Mitteln (45, 72, 99) zum Messen einer Umsetzung zwischen dem Reagenz und der Flüssigkeitskomponente in einem der beiden Medien.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9,

dad UT ch gekennzeichnet, daß die porösen Medien (10, 19, 21, 22, 33, 50a, 50b, 60a, 60b, 70a, 70b, 80a, 80b, 90a, 90b, 103, 104) aus Gelmaterial bestehen.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Entfernen überschüssiger Probe aus einer chemischen Waschung bestehen.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Entfernung überschüssiger Probe aus einem Druckstrahlreiniger (16) bestehen.

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13. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Entfernung überschüssiger Probe aus einem Wischblatt (13) bestehen.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Entfernung überschüssiger Probe aus einer abschälbaren Schicht (41) bestehen, die auf dem ersten porösen Medium (33) aufgebracht ist.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Messen aus einem Kolorimeter (45, 72, 99) besteht.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Messen aus einem Spektrophotometer besteht.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Kontaktieren außerdem Mittel zum Steuern des Vakuums (56, 84) zur Herstellung eines Vakuums zwischen dem ersten (50a, 80a) Medium und dem zweiten (50b, 80b) Medium zum Inkontaktbringen der beiden Medien enthalten.

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18. Vorrichtung zur Analyse einer Fluidprobe auf einen zu bestimmenden Bestandteil, bestehend aus

einem ersten porösen Medium ( 50a, 60a, 70a, 80a, 90a, 104) zur Aufnahme des zu bestimmenden Bestandteils aus der Fluidprobe,

einem zweiten porösen Medium (50b, 60b, 70b, 80b, 90b, 103), das mindestens ein Reagenz zur Umsetzung mit dem zu bestimmenden Bestandteil aus der Fluidprobe enthält,

einer fluiden Barrieren- oder Sperrschicht (52, 61, 71, 81, 96, 105), die zwischen dem ersten und dem zweiten Medium zur Isolierung des Reagenzes von dem zu bestimmenden Bestandteil angeordnet ist, und

Mitteln ( 56, 63; 73, 75; 84, 93, 111) zum Entfernen der fluiden Barrieren- oder Sperrschicht aus dem Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Medium zur Herstellung eines Kontaktes zwischen beiden und zur gegenseitigen Diffusion und Reaktion zwischen Reagenz und zu analysierendem Bestandteil.

19. Vorrichtung gemäß Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Grundplatte (100) zum Tragen des ersten (104) und zweiten (103) Mediums besitzt.

20. Vorrichtung gemäß Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte an einem Ende einen von Hand zu haltenden Abschnitt (101) zum Eintauchen des ersten und zweiten Mediums in ein Gefäß, das die wäßrige Fluidprobe enthält, aufweist.

21. Vorrichtung gemäß Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Entfernen der Barrieren- oder Sperrschicht aus einer Druckplatte (111) bestehen, die angrenzend an die porösen Medien (104, 103) zum Inkontaktdrücken der Medien untereinander und gleichzeitig damit Entfernen der Barrieren- oder Sperrschicht (105) aus dem Zwischenraum zwischen den beiden Medien angeordnet ist.

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22. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (111) zum Entfernen der Sperrschicht eine Vertiefung aufweist, die angrenzend an die Medien zur Aufnahme der verdrängten Flüssigkeit angeordnet ist.

23. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (111) zum Entfernen der Sperrschicht außerdem ein Mittel (102) zum Aufsaugen der verdrängten Flüssigkeit aufweist.

24. Vorrichtung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichne.t, daß das Mittel (102) zum Aufsaugen einen porösen Docht darstellt.

25. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem einen Streifen (107) angrenzend an das erste poröse Medium (104) mit einer abgestuften Reihe von Standards (110) aufweist, mit denen die Umsetzung zwischen zu bestimmendem Bestandteil und Reagenz verglichen wird.

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26. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Mittel (56, 63, 84) zur Wiederherstellung der Sperrschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Medium nach erfolgter Diffusion enthält.

27. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidprobe hydrophob und die Sperrschicht hydrophil ist.

28. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidprobe hydrophil und die Sperrschicht hydrophob ist.

29. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (61) eine magnetische Substanz enthält.

30. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das erste poröse Medium ein Gelmaterial enthält.

31. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite poröse Medium ein Gelmaterial enthält.

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32. Vorrichtung gemäß Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Entfernen der Sperrschicht aus einem magnetischen Steuermittel (63; 73, 75; 93) besteht.

33. Vorrichtung gemäß Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Entfernen der Sperrschicht ein Drucksteuermittel (56, 84) enthält.

34. Vorrichtung gemäß Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Entfernen der Sperrschicht ein elektromagnetisches Steuermittel .(63,* 73; 75; 93) enthält.

35. Verfahren zur Durchführung einer Umsetzung mit einem zu bestimmenden Bestandteil aus einer Probe, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) den zu bestimmenden Bestandteil in ein erstes poröses Medium diffundieren läßt,

(b) das erste poröse Medium mit einem zweiten porösen Medium in Kontakt bringt, um eine Diffusion des zu bestimmenden Bestandteils in das zweite poröse Medium, das mindestens ein erstes Reagenz zur Umsetzung mit dem zu bestimmenden Bestandteil enthält, zu ermöglichen, und

(c) das zweite poröse Medium mit einem dritten porösen Medium, das mindestens ein zweites Reagenz zur Umsetzung mit dem Reaktionsprodukt aus dem zu bestimmenden Bestandteil und dem ersten Reagenz enthält, in Kontakt bringt.

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36. Verfahren gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kontaktierungsstufen (b) und (c) nacheinander durchführt.

37. Verfahren gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kontaktierungsstufen (b) und (c) gleichzeitig durchführt.

38. Verfahren gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß man mit den Kontaktierungsstufen (b) und (c) zugleich die Stufe der Entfernung von Fluid zwischen den entsprechenden Medien durchführt.

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