DE4014844A1 - Kapillarrohr-spalt-reagensformat - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verteilung einer Flüssigkeitsprobe auf einer Test-Oberfläche. Insbesondere betrifft die vorlie­ gende Erfindung ein Reagensformat, das ein fließfähiges Medium durch Kapillarwirkung über einer Testfläche an­ zieht und verteilt.

Viele unterschiedliche Konstruktionen von Test-Apparatu­ ren, die die chemische Analyse von Flüssigkeiten wie Wasser, Milch sowie biologischen Fließmedien wie Blut und Urin betreffen, sind in der Fachwelt bekannt. Einige dieser Test-Apparaturen eignen sich für die Analyse von Flüssigkeiten, bei der die Zugabe eines flüssigen Reagens zur Analyse einer als "Analyt" bezeichneten Flüssigkeit erforderlich ist. Nachdem das Reagens mit einer den Analyten enthaltenden flüssigen Test-Probe in Berührung gebracht wurde, bewirkt es die Bildung eines gefärbten Materials oder eine andere nachweisbare Ände­ rung als Antwort auf die Anwesenheit des Analyten. Andere Systeme beruhen auf einem trockenen System, etwa pH-Papiere und dergleichen, wo das Papier oder ein anderer, stark absorptionsfähiger Träger mit einem Material imprägniert ist, das chemisch reaktionsfähig ist oder anspricht, wenn es mit der den Analyten enthaltenden Flüssigkeit in Berührung gebracht wird. Die Antwort oder Reaktion erzeugt eine Farbänderung oder einen anderen Typ einer nachweisbaren Änderung. Da die Änderung zu einem großen Teil von der Auswahl des an­ sprechenden Materials abhängt, ist die Änderung gewöhn­ lich qualitativ oder bestenfalls semi-quantitativ.

Für die diagnostische chemische Analyse, bei der Tests an biologischen Fließmedien wie Blut, Plasma, Urin und dergleichen vorgenommen werden, ist es zu bevorzugen, daß hochgradig quantitative Ergebnisse rasch, zweckmäßig und mit der Gewißheit genauer Ergebnisse gewonnen werden. Außerdem ist es wünschenswert, über eine präzise Steuerung und Überwachung der Flüssigkeits-Probe, die dem Test unterworfen wird, zu verfügen. Die Fähigkeit, die Flüssigkeits-Probe präzise zu steuern und zu über­ wachen, ist besonders bei Tests bedeutsam, die unter maschineller Ablesung der Reaktion ablaufen. Bei der unter maschineller Ablesung erfolgenden Analyse ist es wichtig, dafür zu sorgen, daß das Lesegerät seine Analyse zum geeigneten Zeitpunkt beginnt. Wenn man sich auf maschinelle Ablesungen verläßt, ist es außerdem wichtig, daß eine kalibrierte Menge der Test-Probe der Einwirkung eines Test-Substrats ausgesetzt wird, so daß die richtige Reaktion stattfindet und jegliche Störung beim optischen Nachweis oder einem anderen Nachweis von Farbänderungen vermieden wird.

Man stützt sich auf eine Vielzahl verschiedener Vorrich­ tungen und Methoden, mittels derer die den Analyten ent­ haltende Test-Flüssigkeit der Oberfläche des Substrats dargeboten wird. Bei vielen trockenen Chemie-Reagentien bringt der Benutzer die flüssige Test-Probe auf die Oberfläche des Test-Substrats und breitet sie darauf aus. Das Aufbringen des Volumens der Test-Probe und die Ausbreitung desselben hängt von dem Benutzer ab und beeinflußt die Leistung des Reagens. Außerdem ist ein derartiger Kontakt des Benutzers auch vom Standpunkt der zunehmenden Wahrscheinlichkeit einer Benutzer-Ver­ unreinigung unzweckmäßig, besonders dann, wenn mit Körperflüssigkeiten wie Blut oder Plasma gearbeitet wird.

In dem US-Patent 47 76 904 erscheint eine Diskussion, die sich auf Reagens-Filme konzentriert, die eine Form der im Vorstehenden beschriebenen Test-Substrate dar­ stellen.

Zu weiteren Untersuchungsvorrichtungen, die mit Trocken- Chemie-Reagentien arbeiten, zählen Vorrichtungen wie diejenigen, die in den US-Patenten 46 47 430, 38 14 668 und 32 15 855 offenbart sind, wo die Test-Vorrichtung in das Fließmedium getaucht wird. Diese Vorrichtungen sind jedoch für viele Test-Erfordernisse nicht geeignet wegen der Nachteile der große Volumina der flüssigen Test- Proben, die sie benötigen, und der erhöhten Wahrschein­ lichkeit einer Verunreinigung, die sich daraus ergibt, daß es nötig ist, überschüssige Flüssigkeit abzuwischen, um ein Tropfen zu vermeiden.

Das ONE TOUCH (Warenzeichen) von Lifescan präsentiert ein Reagensformat, bei dem ein Tropfen Blut auf eine freiliegende Oberfläche eines Reagens-Films gebracht wird und die Ergebnisse von der anderen Seite des Films angesehen werden. Die Probe wird in der Weise einge­ führt, daß man den Benutzer die Probe von der Proben­ quelle des Fließmediums auf die freiliegende Oberfläche des Films transportieren läßt. Die Menge und die Ver­ teilung der Fließmedium-Probe ist benutzer-variabel und somit schwierig zu steuern.

Eine Vielzahl verschiedener Vorrichtungen und Methoden wurde für den Transport von Flüssigkeiten in einem kon­ trollierten und vorher festgelegten Fließmuster ent­ wickelt. Viele dieser Artikel betreffen die ungesteuerte und ungerichtete Kapillarströmung der Flüssigkeit über Oberflächen. Einige Probleme, die bei dem unkontrollier­ ten Fließen auftreten, umfassen die Bildung von einge­ fangenen Luft-Einschlüssen und die unvollständige Be­ netzung bestimmter Teile der Oberfläche. Luft-Einschlüs­ se verursachen Probleme, wenn die Test-Vorrichtung durch ein Mikroskop oder mittels automatischer Methoden unter­ sucht wird, da die Untersuchung der Flüssigkeits- und/oder der benetzten Oberflächen zu unterschiedlichen Test-Daten führen, die gesammelt werden. Die Unter­ suchungen unter Beteiligung automatisierter Systeme be­ ruhen auf der angenommenen Voraussetzung, daß auf der abzutastenden Fläche Flüssigkeit vorhanden ist, und aus diesem Grunde wirft die Abwesenheit von Flüssigkeit in dem für das Abtasten relevanten Bereich den Wert der Ablesung heraus und liefert ein unzuverlässiges Ergeb­ nis. Das Problem der Luft-Einschlüsse ist eine gängige Erscheinung, insbesondere dann, wenn man es mit Anord­ nungen zu tun hat, die scharfe Ecken und Oberflächen aus synthetischen Harzen, die im allgemeinen hydrophob sind, besitzen.

Eine Vielfalt unterschiedlicher Typen von Vorrichtungen für den Flüssigkeits-Transport wurden im Stand der Technik entwickelt, darunter jene, die in dem US-Patent 47 61 381 von Blatt et al. gezeigt ist. Auch bei Columbus, US 42 33 029, wird eine Vorrichtung beschrie­ ben, die ein Mittel enthält, um eine Kapillarströmung mit Hilfe von Rillen in den gegenüberliegenden Ober­ flächen einer Kapillarkammer entlang vorher festgelegter Wege zu leiten.

Eine andere Anordnung für den Transport einer flüssigen Test-Probe ist bei Columbus, US 42 54 083, gezeigt, die eine äußere, Tropfen aufnehmende Oberfläche bereit­ stellt, die eine besondere Öffnungs-Konfiguration ent­ hält, die dazu dienen soll, das Zentrieren des Tropfens zu erleichtern.

Buissiere et al., US 36 90 836, beschreiben eine Vor­ richtung, die aus einem Kapillarraum zwischen zwei Plastik-Folien besteht, die am Umfang kontinuierlich abgedichtet sind und die ein umkomprimiertes Absorp­ tionsmittel enthalten, das den Kapillarraum füllt. Wenigstens eine Öffnung der oberseitigen Folie sorgt für den Zugang zu der Reaktionskammer.

Eine Vorrichtung zum Flüssigkeits-Transport, die eine Umleitung des Kapillarstroms in eine zweite Zone be­ wirkt, ist bei Columbus, US 44 73 457 gezeigt. Die Vor­ richtung hat zwei Bahnen für den Strom der Probe und erlaubt die Einführung von zwei unterschiedlichen Proben durch zwei Öffnungen. Die beiden Flüssigkeiten fließen dann zu einer gemeinsamen Fläche und in diese hinein. Die Konfiguration der Konstruktion von Columbus erlaubt die Durchführung potentiometrischer Bestimmungen. Siehe auch Columbus, US 43 02 313, wo eine Vorrichtung gezeigt ist, die zur Analyse von Flüssigkeits-Ionen geeignet ist. Es wird mitgeteilt, daß spezielle, mit Rillen ver­ sehene Oberflächen unter dem Bauteil 36 die Kapilla­ strömung steuern.

Eine andere Vorrichtung wird von Columbus, US 42 71 119 gezeigt, die eine stromabwärts umleitende Öffnung in einem Wand-Bauteil einer ersten Kapillarzone besitzt, die einen Kapillarstrom in eine zweite Kapillarzone be­ wirkt, die sich von diesem Wand-Bauteil her erstreckt.

Die oben erwähnten Vorrichtungen für den Flüssigkeits- Transport beruhen darauf, daß eine Test-Probe eines Fließmediums in eine Zugangsöffnung hineingebracht wird, bevor die Kapillarwirkung den Fließmedium-Strom inner­ halb der Transport-Vorrichtungen auslösen kann.

Wiederum bedeutet der Rückgriff auf das Einsetzen der Fließmedium-Probe in die Zugangsöffnung durch den Benutzer, daß eine subjektive Bestimmung dahingehend vorliegt, wieviel Probe in die Zugangsöffnung eingesetzt wird. Eine derartige subjektive Bestimmung in bezug auf das angemessene Volumen des Fließmediums ist oft zu hoch und erfordert infolgedessen eine Überlaufeinrichtung oder ein nachfolgendes Abwischen der Oberfläche der Vor­ richtung. Wenn das eingesetzte Volumen des Fließmediums unzureichend ist, führt überdies wiederholtes Einsetzen oft dazu, daß die letzte zugesetzte Menge das gewünschte Volumen übersteigt, was wiederum zum Überlaufen führt. Weiterhin sind das Bedürfnis nach einer Überlauf-Kammer und/oder das Abwischen der Oberfläche Anzeichen dafür, daß das Volumen des fließfähigen Test-Materials nicht effizient ausgenutzt wird.

Zusätzlich bereitet selbst mit Flüssigkeits-Transport- Systemen die Abkühlung durch Verdampfen ein Problem beim Präzisions-Testen. Außerdem existiert im Stand der Technik das Problem, daß man infolge der Schwierigkeit bei der Bestimmung oder dem Nachweis, wann das Test- Substrat genügend bedeckt ist, keine ausreichende Menge der Probe auf dem Test-Substrat erhält.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, unter anderem die mit dem Stand der Technik einhergehenden, im Vorstehenden erwähnten Probleme zu lösen. Beispielsweise macht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung ver­ fügbar, die in einem einstufigen Verfahren leicht zu füllen ist, eine geringe Menge des zu testenden Fließ­ mediums benötigt und dem Benutzer eine visuelle Rück­ meldung darüber gibt, daß das Format mit der angemesse­ nen Menge des Test-Fließmediums gefüllt ist. Der Entwurf der vorliegenden Erfindung erlaubt das Ziehen des Test- Fließmediums und das Ausbreiten einer gleichmäßigen und ununterbrochenen Schicht des Test-Fließmediums über dem Test-Medium insgesamt in einem Schritt. Außerdem ist die Erfindung so ausgelegt, daß sie das Volumen des Test- Fließmediums vollständig umschließt und auch die Abküh­ lung unter Verdampfung minimiert. Die Erfindung ver­ meidet ebenfalls ein Ablöschen, Abwischen oder Entfernen des Test-Fließmediums durch den Benutzer. Überdies ist die Erfindung für die Benutzung mit einem Reagens-Film hergerichtet, der leicht von der Seite her gelesen werden kann, die derjenigen entgegengesetzt ist, auf die die Probe aufgetragen ist.

Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls gut geeignet für den Einsatz mit Prüf-Instrumenten wie Lesemaschinen und dergleichen. Ein die vorliegende Erfindung nutzendes Instrument wäre hinsichtlich der Steuerung des Zeit­ ablaufs nicht von einem Benutzer abhängig, da die vor­ liegende Erfindung vor dem Füllen in das Instrument geladen werden kann und ein optisches System in der Lage wäre, zu erfassen, wann der benötigte Strom des Fließ­ mediums vorhanden ist. Unabhängig davon, ob man mit visueller Überwachung oder einer Lesemaschine arbeitet, sorgt die bauseitige Anordnung der vorliegenden Erfin­ dung für einen einfachen Nachweis der Zeitpunkte, wann eine ausreichende Probe erhalten worden ist sowie wann die Farbänderung in dem Test-Substrat stattfindet.

Bei der Erzielung der vorgenannten Vorteile gegenüber dem Stand der Technik stellt die vorliegende Erfindung eine wegwerfbare Kapillarrohr-Vorrichtung bereit, die einen Hauptkörper aus einem massiven Material mit einem Halsteil mit einem relativ breiteren Basisteil umfaßt, so daß die Einweg-Kapillarrohr-Vorrichtung mit der Form eines umgekehrten Trichters ausgestattet ist. Eine durchgehende Bohrung verläuft zentral durch den Halsteil und die Basis hindurch und bildet damit Öffnungen in jedem Ende und ein Kapillarrohr zwischen diesen. Die Öffnung an dem Basisende enthält eine ausgesparte Strömungsoberfläche, die von einer stufenweise abgesetz­ ten Schulter umgeben ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform liegt auch eine tiefere Aussparung vor, die zwischen dem äußeren Rand der Strömungsoberfläche und der stufenweise abgesetzten Schulter angeordnet ist und die Schaffung einer gleich­ mäßigen Strömung über die Strömungsoberfläche hinweg unterstützt. Außerdem verläuft ein Entlüftungskanal von der tieferen Aussparung durch das Innere des Hauptkör­ pers hindurch und hinaus zum Äußeren des Hauptkörpers.

Der Hauptkörper der Vorrichtung wird vorzugsweise aus einem klaren oder durchscheinenden festen Kunststoff wie Polycarbonat, Acryl oder Polystyrol gebildet. Weiterhin kann die Bildung des Kapillarrohres und des Entlüftungs­ kanals (oder der Kanäle) beispielsweise dadurch er­ folgen, daß sie in einem Formpreß-Verfahren vorher gebildet werden, oder in einem nachfolgenden Verfahren der maschinellen Bearbeitung gebildet werden. Die durch­ gehende Bohrung und die Entlüftungskanäle werden so ausgebildet, daß eine durch Verdampfung hervorgerufene Abkühlung minimiert wird, und diese beiden stellen den Gesamt-Betrag der offenliegenden Fläche dar, wenn der Reagens-Film oder das Test-Substrat sich an Ort und Stelle befindet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die das Kapillarrohr darstellende Durch­ gangsbohrung im allgemeinen einen Durchmesser von 0,02 bis 0,04 inches. Außerdem hat der Entlüftungskanal einen kleineren Durchmesser als das Kapillarrohr, der im all­ gemeinen im Bereich zwischen etwa 0,01 bis 0,03 inches liegt. Demgemäß wird die Gesamtfläche, auf der das Fließmedium offenliegt, minimal gehalten, und das Fließ­ medium innerhalb der Vorichtung erleidet keine unange­ brachte Verdunstungskühlung. Die Durchmesser der Kapil­ lare und des Entlüftungskanals müssen jedoch groß genug sein, um formbar zu sein, falls Formpressen das ge­ wünschte Fertigungsverfahren ist. Aus diesem Grunde wird ein dahingehender Kompromiß geschlossen, daß Ent­ lüftungskanal und Kapillarrohr mit einem Durchmesser ausgestattet werden, der genügend groß ist, so daß er durch Formpressen herstellbar ist, und der genügend klein ist, so daß sowohl das Blut-Volumen als auch der freiliegende Bereich der Oberfläche minimiert werden. Im Stand der Technik, wo man sich einer Reagens-Unterlage von 0,2 inch×0,2 inch bedient, beträgt die freiliegen­ de Fläche 0,04 inch². Somit sorgt die vorliegende Erfin­ dung für eine wesentliche Verkleinerung (z.B. um einen Faktor 25) des freiliegenden Bereichs der Oberfläche.

Die stufenweise abgesetzte Schulter der vorliegenden Erfindung stellt einen Ort bereit, an dem ein Test- Substrat wie ein Reagens-Film befestigt werden kann. Durch Verwendung eines Test-Substrats, das die gesamte Strömungsoberfläche am zweiten Ende des Hauptkörpers überdeckt, ist es möglich, einen im wesentlichen abge­ schlossenen Strömungskanal zu schaffen. Das Test-Sub­ strat wird an der stufenweise abgesetzten Schulter vor­ zugsweise mittels eines Klebstoffs oder durch Ultra­ schallschweißen befestigt.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung wird, statt einer direkten Befesti­ gung des Test-Substrats an der stufenweise abgesetzten Schulter, ein geformter Ring mit dem daran befestigten Test-Substrat lösbar an dem Basisende des Hauptkörpers befestigt. Die Entlüftungskanäle werden dadurch gebil­ det, daß man eine oder mehrere Rillen in der äußeren Oberfläche des Hauptkörpers anbringt, so daß dann, wenn der Formring an dem Hauptkörper befestigt und so posi­ tioniert wird, daß er einen Teil der Rille(n) bedeckt, ein geschlossener Kanal gebildet wird. Die Bildung von Rillen auf der äußeren Oberfläche vermeidet alle Schwie­ rigkeiten, die auftreten, wenn man enge Entlüftungs­ kanäle in dem Hauptkörper bilden muß.

Eine bevorzugte Gestalt der vorliegenden Erfindung ist die eines umgekehrten Trichters, die einen oberen, relativ schmalen Halsteil, einen kegelförmigen Mittel­ bereich und einen zylindrischen Basisteil umfaßt. Bei dieser Anordnung werden das Aufbringen der Vorrichtung auf das Test-Volumen des Fließmediums und das Ausbreiten jenes Fließmediums beide in einem Schritt bewerkstel­ ligt. So wird beispielsweise bei der Analyse einer Menge Blut, die durch Einstechen einer Lanze oder Nadel wie einer GLUCOLET (Warenzeichen) in den Finger eines Patienten erhalten wurde, die Spitze des Kapillarohres mit dem Blut-Volumen in Berührung gebracht. Die Kapil­ larwirkung füllt dann das Rohr und breitet das Blut über der Reagens-Oberfläche in dem Strömungskanal aus, der zwischen der nach innen liegenden Oberfläche des Reagens-Filmes und der Strömungsoberfläche des Haupt­ körpers ausgebildet ist. Während das Fließmedium fließt, findet eine Abführung der im Inneren des Hauptkörpers enthaltenen Luft durch die Entlüftungskanäle statt. Wenn die Vorrichtung gefüllt ist, hört das Fließen auf, und die Farbentwicklung des Reagens findet statt.

Der Einsatz eines schmalen Halsteils und eines konischen Mittelteils verstärkt den visuellen Nachweis. Falls nicht genügend Blut aufgebracht wurde, erscheint dem Be­ nutzer nur der Durchmesser des Kapillarrohres (d.h. der Durchgangsbohrung) rot. Wenn jedoch genügend Blut einge­ führt worden ist, erscheint die gesamte Strömungsober­ fläche rot, und die Vorrichtung wird dann von der nicht festgemachten Seite des Reagens-Films her gelesen. Wenn man sich eines optischen Systems bedient, wird die Zeit­ messung der Lesezeit begonnen, sobald das Optik-System einen Beginn der Farbänderung erfaßt.

Andere Merkmale und Vorteile werden bei Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausfüh­ rungsformen und der Zeichnungen deutlich.

Fig. 1A zeigt eine Aufriß-Schnittansicht einer bevor­ zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1B zeigt eine Grundriß-Ansicht der in Fig. 1A dar­ gestellten Ausführungsform.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ausschnitt-Ansicht der in Fig. 1A dargestellten Ausführungsform.

Fig. 3 veranschaulicht schematisch ein Lese-Instrument, das an der vorliegenden Erfindung angebracht ist.

Fig. 4A zeigt eine Aufriß-Schnittansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4B zeigt eine Grundriß-Ansicht der in Fig. 4A dar­ gestellten Ausführungsform.

Fig. 5 stellt ein Halte-Instrument zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung dar.

Die Fig. 1A und 1B zeigen eine Aufriß-Schnittansicht bzw. eine Grundriß-Ansicht einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung. In den Fig. 1A und 1B wird eine Vorrichtung 10 dargestellt, die einen Hauptkörper 12 mit einer Durchgangsbohrung 14 umfaßt, die über dessen gesamte Länge verläuft, so daß sie ein Kapillarrohr bildet. Die Durchgangsbohrung 14 erstreckt sich von einem ersten Ende 16 des Hauptkörpers 12 zu einem zweiten Ende 18 des Hauptkörpers 12.

Am zweiten Ende 18 des Hauptkörpers 12 befindet sich eine Strömungsoberfläche 20, die sich erkennbar nach außen hin, abgewandt von der Öffnung der Durchgangsboh­ rung 14, erstreckt. Die Strömungsoberfläche 20 ist so dargestellt, daß sie im wesentlichen eben ist. Darüber hinaus ist dargestellt, daß die Strömungsoberfläche 20 einen äußeren Rand 22 hat. In einem gewissen Abstand von dem äußeren Rand 22 und diesen umgebend befindet sich eine stufenweise abgesetzte Schulter 24. Zwischen dem äußeren Rand 22 und der stufenweise abgesetzten Schulter 24 ist eine Aussparung 26 gebildet, die als eine ihrer Seiten den äußeren Rand 22 einschließt. Die Aussparung 26 verläuft ununterbrochen längs des Umfangs der Strö­ mungsoberfläche 20.

Durch das Innere des Hauptkörpers 12 hindurch verläuft der Entlüftungskanal 28. Der Entlüftungskanal 28 umfaßt einen ersten Auslaß 30, der in der ersten Außenseite 32 des Hauptkörpers 12 gebildet ist. Der andere Auslaß 34 des Entlüftungskanals 28 öffnet sich in die Aussparung 26 und zu der Strömungsoberfläche 20. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist nur ein einzelner Entlüf­ tungskanal dargestellt; weitere Entlüftungskanäle sind auch möglich, aber die Zahl und Größe werden vorzugs­ weise auf einem Minimum gehalten, um Verdunstungskühlung zu vermeiden. Außerdem stellt die Aussparung 26 ein Mittel bereit, um sicherzustellen, daß die Fließmedium- Probe sich gleichmäßig in allen Richtungen über die Strömungsoberfläche 20 ausbreitet. Bei der Anwendung eines einzelnen Entlüftungskanals würde die Fließmedium- Probe dazu neigen, zu dem Bereich des einzigen Entlüf­ tungskanals hingezogen zu werden. Die Aussparung 26 schafft jedoch eine Höhlung in Umfangsrichtung, die dazu dient, das Fließmedium gleichmäßig von der Öffnung des Kapillarrohres wegzuziehen.

An dem Ende der stufenweise abgesetzten Schulter 24 ist das Test-Substrat 36 befestigt, das in Fig. 2 als Reagens-Film dargestellt ist. Das Test-Substrat 36 ist an der Schulter 24 auf irgendeine geeignete Weise wie durch Klebung oder Ultraschallschweißung befestigt. Das Positionieren des Test-Substrats 36 in solcher Weise be­ wirkt, daß es einen Strömungskanal 38 schafft, der mit der Öffnung, die durch das zweite Ende der Durchgangs­ bohrung 14 gebildet wird, in Verbindung steht.

Der Hauptkörper 12 wird vorzugsweise aus einem klaren oder durchscheinenden Kunststoff wie Polycarbonat, Acryl oder Polystyrol gebildet. Weiterhin wird der Hauptkörper 12 in Form eines umgekehrten Trichters mit einem Hals­ bereich 40, einem Übergangsbereich 42 und einem Basis­ bereich 44 gebildet. Die Anordnung des Halsbereichs 40 und des Übergangsbereichs 42 sorgt für den verstärkten Nachweis durch den Betrachter. Wenn Fließmedium in den Strömungskanal 38 eintritt, zeigt der Übergangsbereich 42, stark dem Licht einer lichtemittierenden Diode ähnelnd, die Anwesenheit eines gefärbten Fließmediums an. Die Gestalt des Hauptkörpers 12 kann beispielsweise in einem Formpreßverfahren (z.B. durch Spritzgußformen), einem Verfahren der maschinellen Bearbeitung oder der­ gleichen ausgebildet werden. Weiterhin können die Durch­ gangsbohrung 14, die Strömungsoberfläche 20, die Aus­ sparung 26 und der Entlüftungskanal 28 während des Form­ preßverfahrens oder in einem nachfolgenden Verfahren der maschinellen Bearbeitung gebildet werden. Auch verschie­ dene andere Konfigurationen wären möglich, einschließ­ lich gänzlich zylindrischer und mehrseitiger Formgebun­ gen.

Nichtsdestotrotz, neben den Vorteilen des visuellen Nachweises, die aus der Gestalt des Halsbereichs 40 und des Übergangsbereichs 42 erwachsen, bildet die in Fig. 1A anschaulich dargestellte Ausführungsform eine Ge­ stalt, die für die Handhabung seitens des Benutzers gut geeignet ist.

Der Hauptkörper 12 hat vorzugsweise eine Gesamtlänge (vom ersten Ende 16 zu dem freien Ende der Schulter 24) von etwa 0,25 bis 0,38 inch. Darüber hinaus hat der Halsbereich 40 vorzugsweise einen Durchmesser des äußeren Querschnitts von etwa 0,07 bis 0,11 inch und vorzugsweise von etwa 0,09 inch. Es ist geplant, daß der Durchmesser der äußeren Querschnittsfläche der Basis 44 etwa 0,2 bis 0,4 inch und mehr bevorzugt etwa 0,25 inch beträgt. Das Kapillarrohr 14 hat vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 0,02 bis 0,04 inch und vorzugsweise von etwa 0,035 inch. Es ist geplant, daß der Abstand der sich von der Kapillaröffnung hinweg nach außen er­ streckenden Strömungsoberfläche 20 etwa 0,18 bis 0,24 inch und mehr bevorzugt etwa 0,220 inch beträgt.

Weiterhin beträgt der zwischen der nach innen gewandten Oberfläche 46 des Test-Substrats 38 und der Strömungs­ oberfläche 20 gebildete Spalt etwa 0,003 bis 0,010 inch und mehr bevorzugt etwa 0,007 inch. Jeder Entlüftungs­ kanal hat vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 0,01 bis 0,03 inch und mehr bevorzugt von etwa 0,02 inch. Die konstruktionsmäßige Anordnung der vorliegenden Erfindung erfordert auf diese Weise nur weniger als etwa 10 µl Fließmedium.

Wie in Fig. 2 anschaulich dargestellt ist, kann das Test-Substrat 36 einen Reagens-Film einschließen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Reagens-Film einer eines solchen Typs, der eine Ablesung von der Unterseite her ermöglicht; das heißt, daß eine Aus­ wertung durch eine prüfende Betrachtung der äußeren Oberfläche 48 (Fig. 2) des Reagens-Films erfolgen kann. Fig. 2 zeigt weiterhin, daß das Test-Fließmedium 52 den Strömungskanal 38 sowie einen Teil des Kapillarrohres 14 auffüllt.

Ein typischer Reagens-Film enthält mehrere Schichten, mit einem Absorptionsmittel-Träger, der mit einem oder mehreren Reagentien getränkt ist, typischerweise ein­ schließlich eines Farbbildners. Über der Absorptions­ mittel-Schicht ist oft eine semipermeable Membran an­ geordnet, die erlaubt, daß der Analyt hindurchtritt, jedoch den Durchgang und die Absorpion bestimmter störender Komponenten, die die Test-Ergebnisse bein­ trächtigen könnten, verhindert. Integrierte analytische Elemente, die für automatisierte Test-Abläufe ausgelegt sind, sind in den US-Patenten 33 68 872 und 35 26 480 diskutiert.

Wie aus der vorstehenden Diskussion hervorgeht, ist die bevorzugte Größe des Hauptkörpers 12 relativ klein. Im Hinblick darauf ist die Erfindung für eine mögliche Verwendung in Verbindung mit einem Halte-Instrument kon­ zipiert.

In Fig. 3 ist ein Lese-Instrument 50 erläutert, in das die Vorrichtung 10 vor oder nach der Benutzung einge­ setzt werden kann. Demgemäß ist es möglich, daß das Lese-Instrument 50 eine Doppelrolle zugleich als Halte- Instrument spielt. Das Lese-Instrument 50 kann ein optisches System 51 enthalten, das für eine Bewertung der Änderungen geeignet ist, die in dem Test-Substrat 36 beim Kontakt mit dem Fließmedium-Analyten eintreten. Es ist auch geplant, daß das optische System 51 eine (nicht dargestellte) Zeitmeßvorrichtung umfaßt, die in Gang gesetzt wird, wenn das optische System eine Farbänderung in dem Test-Substrat erfaßt.

Verschiedene andere Halte-Instrumente werden ebenfalls für den Einsatz mit der vorliegenden Erfindung in Be­ tracht gezogen. Fig. 5 zeigt ein Halte-Instrument 53 zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 zeigt den Hauptkörper 12 mit einem aufgerauhten äußeren Teil 54, der für einen Reibungssitz auf der aufgerauhten Halter-Oberfläche 55 des Handgriffs 51 passend herge­ richtet ist. Zu anderen in Betracht gezogenen Anordnun­ gen gehören solche Anordnungen wie ein Schnappverschluß, eine Preßpassung oder eine Gewindeverschraubung.

Beim Betrieb wird das Ende 16 der Vorrichtung 10, ent­ weder mit oder ohne daran befestigtem Instrument 50 oder Instrument 53, mit einem Volumen eines Test-Fließmediums in solcher Weise in Berührung gebracht, daß die Kapil­ larstruktur der Vorrichtung 10 so wirkt, daß sie Flüs­ sigkeit entlang des Kapillarrohres 14 zieht. Die Kapil­ larwirkung verursacht, daß das Fließmedium das Rohr 14 füllt und schließlich in den Strömungskanal 38 fließt. Das Luft-Volumen wird durch den Entlüftungskanal 28 oder durch die Entlüftungskanäle abgeblasen. Die Größe des Entlüftungskanals oder der Entlüftungskanäle ist so bemessen, daß Verdunstungskühlung minimiert wird. Die Größe des Entlüftungskanals bzw. der Entlüftungskanäle beschränkt außerdem das Auslaufen des Fließmediums durch das Äußere des Hauptkörpers. Außerdem ist die begrenzen­ de Natur der Entlüftungskanäle in der Lage, die Luft innerhalb des Hauptkörpers unter einem Druck zu halten, der hilft, die Bildung von Luftblasen innerhalb des Test-Fließmediums zu verhindern. Mit anderen Worten, der durch das Fließmedium in der Kapillare geschaffene Druck wird dem Druck der Luft entgegengestellt, so daß eine Vermeidung von Luftblasen in dem Fließmedium innerhalb des Strömungskanals ermöglicht wird.

Aufgrund der konstruktionsmäßigen Anordnung der vor­ liegenden Erfindung und der Verwendung eines licht­ durchlässigen oder eines durchscheinenden Materials für den Hauptkörper kann der Benutzer visuell beobachten (insbesondere dann, wenn Blut das Test-Fließmedium ist), wann das Test-Fließmedium von dem Kapillarrohr 14 über das Reagensformat oder Test-Substrat 36 fließt. Wenn das Test-Fließmedium noch nicht in den Strömungskanal ein­ gedrungen ist, beobachtet der Benutzer, daß nur der Querschnitt des Kapillarrohres gefärbt erscheint. Wenn jedoch ein ausreichendes Volumen des Test-Fließmediums den Strömungskanal gefüllt hat, ist der Benutzer im­ stande, eine Farbänderung über die gesamte Strömungs­ oberfläche zu beobachten. Dementsprechend kann der Benutzer leicht entdecken, wann ein genügendes Volumen an Test-Flüssigkeit bereitgestellt worden ist, und den Strom einfach durch Beenden der Kapillarwirkung ab­ brechen. Eine Beendigung der Kapillarwirkung wird durch einfaches Zurückziehen der Spitze oder des Endes 16 von der Fließmedium-Quelle bewirkt.

Die konstruktionsmäßige Anordnung der Vorrichtung 10 vermeidet das Problem des Abwischens überschüssigen Fließmediums und das Problem der Verunreinigung, da das Test-Fließmedium in der Vorrichtung 10 vollständig im Inneren der Vorrichtung eingeschlossen ist und nach dem Gebrauch Koagulation eintritt und die Fließmedium-Probe vollständig innerhalb der Kapillarströmungskanäle einge­ schlossen ist. Nur an der kleinen Oberfläche der Spitze oder des Endes 16 der Vorrichtung 10 liegt das Test- Fließmedium offen. In Fig. 1A ist gezeigt, daß die Spitze 16 eine ebene Oberfläche besitzt. Andere Ober­ flächen sind ebenfalls vorstellbar, darunter eine kon­ vexe oder eine konkave Oberfläche. Wenngleich in Fig. 1 das Kapillarrohr 14 so dargestellt ist, daß es zentriert ist, während der Entlüftungskanal 28 parallel dazu und an einer Seite des Kapillarrohres 14 verläuft, ist es ebenfalls möglich, das Kapillarrohr und die Entlüftung in anderen Positionen anzuordnen, etwa beide auf einer Seite der Mittellinie des Hauptkörpers 12. Der Entlüf­ tungskanal 28 oder das Kapillarrohr können auch unter einem Winkel zur Mittellinie verlaufen, wenn dies zweck­ mäßig ist.

Die Fig. 4A und 4B veranschaulichen eine andere be­ vorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 56 umfaßt viele Merkmale, die denen der Vor­ richtung 10 ähneln. Diejenigen Merkmale, die denen der Vorrichtung 10 ähneln, sind mit gestrichelten Bezugs­ zahlen bezeichnet. In Vorrichtung 56 sind an Stelle der intern gebildeten Entlüftungskanäle Rillen 57 entlang der äußeren Oberfläche 32′ des Hauptkörpers 12′ gebil­ det. Die Rillen 57 verlaufen von dem Strömungskanal 38′ aufwärts und stehen in kommunizierender Verbindung mit diesem, so daß eine Kapillarstruktur erzeugt wird.

Lösbar an der Basis 44′ des Hauptkörpers 12′ befestigt ist ein Träger 58 für das Test-Substrat. In Fig. 4A und Fig. 4B ist gezeigt, daß der Test-Substrat-Träger 58 einen vertikalen Ring 60, der in Umfangsrichtung um die Basis herum verläuft, und einen horizontalen Ring 62 umfaßt, der sich einwärts erstreckt, so daß er einen Teil des zweiten Endes 18′ überdeckt. Ein Test-Substrat 36′ ist an dem Halter 58 befestigt, so daß es in abdich­ tende Berührung mit der stufenweise abgesetzten Schulter 24′ gelangt. Der Halter 58 kann auf jede geeignete Weise befestigt werden, darunter mittels Schnappverschluß, Gewindeverschraubung oder Reibungspassung.

Die Entlüftungskanäle 57′ sind dann vollständig, wenn der Test-Substrat-Halter 58 lösbar mit der Basis 44′ verbunden ist. Mit anderen Worten: Die Passung zwischen dem Halter 58 und der Basis 44′ ist derart, daß die Rillen 57 bedeckt werden, so daß die Bildung der Ent­ lüftungskanäle komplettiert wird.

Die Erfindung sieht auch vor, daß an Stelle von ledig­ lich zwei Rillen 57, die einander diametral gegenüber angeordnet sind, in manchen Situationen mehr als zwei Rillen eingesetzt werden. Wenn das zu testende Fließ­ medium so beschaffen ist, daß ein kontinuierlicher und gleichmäßiger Strom über die gesamte Strömungsoberfläche hinweg mehr als zwei diametral entgegengesetzte Rillen benötigt, ist es möglich, zusätzliche, in gleichen Ab­ ständen angeordnete Rillen hinzuzufügen. Außerdem ist in der Überlegung auch eine Reihe von Rillen vorgesehen, die Ende an Ende angeordnet sind, so daß sie eine gezähnte äußere Oberfläche auf dem Hauptkörper 12′ bilden. Die Wirkungen der Verdunstungskühlung müssen ebenfalls bei der Bestimmung der geeigneten Zahl von Rillen, die in dem Hauptkörper 12′ gebildet werden sollen, berücksichtigt werden.

Der Betrieb der Vorrichtung 56 erfolgt ähnlich demjeni­ gen der Vorrichtung 10. Die Analyse der Farbänderung in dem Test-Substrat wird entweder visuell oder unter Ver­ wendung eines Lese-Instruments vorgenommen, wie dies bereits im Vorstehenden bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.

Weitere Modifikationen und Variationen der Erfindung gehen aus Vorstehendem hervor und sollen von den ange­ fügten Ansprüchen mit eingeschlossen werden.

Claims (10)

1. Kapillarrohr-Reagensformat-Vorrichtung, umfassend einen länglichen Hauptkörper, wobei in diesem Haupt­ körper eine ein Kapillarrohr definierende Durchgangs­ bohrung gebildet ist, wobei das Kapillarrohr von einem ersten Ende des Hauptkörpers durch ein zweites Ende des Hauptkörpers hindurch verläuft, so daß an jedem Ende eine Öffnung gebildet wird, wobei das zweite Ende eine Strömungsoberfläche umfaßt, die die Öffnung umgibt und sich in auswärtiger Richtung bis zu einem äußeren Rand erstreckt, und wobei das zweite Ende weiter eine stufen­ weise abgesetzte Schulter umfaßt, die in Umfangsrichtung längs des äußeren Randes der Strömungsoberfläche ver­ läuft, wobei der Hauptkörper weiterhin einen Ent­ lüftungskanal mit einem Auslaß umfaßt, der in kommuni­ zierender Verbindung mit der Strömungsoberfläche steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das zweite Ende des Hauptkörpers weiterhin eine Aussparung umfaßt, die sich in Umfangsrichtung zwischen dem Außenrand der Strömungs­ oberfläche und der stufenweise abgesetzten Schulter er­ streckt, und der Auslaß des Entlüftungskanals sich in die Aussparung hinein öffnet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Reagens-Film, der an der stufenweise abgesetzten Schul­ ter befestigt ist, so daß ein Strömungskanal zwischen der einen Oberfläche des Films und der Strömungsober­ fläche gebildet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Hauptkörper entlang der Länge des Hauptkörpers Kreisquerschnitt besitzt, wobei der Querschnitts-Durchmesser des ersten Endes des Hauptkörpers kleiner ist als der Querschnitts- Durchmesser des zweiten Endes.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Hauptkörper zwei Entlüftungskanäle enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend Mittel zum Halten des Reagens-Films, die so ausgestattet sind, daß sie an dem Hauptkörper lösbar befestigt werden können.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, weiterhin umfassend eine Reagens-Film-Schicht, die an den Mitteln zum Halten des Reagens-Films in einer solchen Position befestigt ist, daß bei dem Befestigen der Mittel zum Halten des Reagens-Films an dem Hauptkörper ein Strömungskanal zwischen der inneren Oberfläche des Reagens-Films und der Strömungsoberfläche gebildet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, worin der Abstand zwischen der inneren Oberfläche des Reagens-Films und der Strömungsoberfläche etwa 0,003 bis 0,010 inch beträgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Hauptkörper klar ist und eine Basis, einen konischen Mittelabschnitt und einen oberen Halsbereich umfaßt, wobei der Halsbereich einen äußeren Umfang des Querschnitts hat, der kleiner ist als der äußere Umfang des Querschnitts der Basis.

10. Verfahren zur Verteilung einer Probe eines Fließmediums auf einer Test-Oberfläche, umfassend
das Befestigen eines Reagens-Films mit einer inneren und einer äußeren Oberfläche auf einem Reagensformat;
das Bewegen des Reagensformats zu einer direkten Berüh­ rung mit einer Fließmedium-Probe, wobei das Reagens- Format ein Kapillarrohr umfaßt, das sich in einen kapillaren Strömungskanal öffnet, und die innere Ober­ fläche des Reagens-Films einen Teil des Strömungskanals definiert;
das Ziehen des Fließmediums mittels Kapillarwirkung in den Strömungskanal hinein;
das Erfassen, wann der Strömungskanal hinreichend ge­ füllt ist, und das Entfernen des Reagensformats von der Fließmedium-Probe; und
das Analysieren einer Änderung in dem Reagens-Film durch Betrachten der äußeren Oberfläche des Reagens-Films.