DE60108630T2

DE60108630T2 - Selbständige vorrichtungen zum nachweis biologischer verunreinigungen

Info

Publication number: DE60108630T2
Application number: DE60108630T
Authority: DE
Inventors: A. Tim KELLY; M. George HASS; T. Philip FELDSINE
Original assignee: BioControl Systems Inc
Current assignee: BioControl Systems Inc
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2021-06-05
Also published as: AU2001275277B2; DE60108630D1; EP1289659B1; JP4477809B2; WO2001091903A2; US6863866B2; CA2410925A1; EP1289659A2; US20020057991A1; ATE287764T1; WO2001091903A3; CA2410925C; JP2003535318A; AU7527701A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein autonome Vorrichtungen und Verfahren zur Detektion biologischer Verunreinigungen, und insbesondere autonome Vorrichtungen und Verfahren zur Detektion biologischer Formreinigung in in betreffenden Einrichtungen, einschließlich Lebensmittel verarbeitenden Betrieben, Krankenhäusern, Arztpraxen, Tierarztpraxen und Restaurants durch Verwendung einer Vorrichtung oder Methodologie, die einen Probensammlerbestandteil und einen Farbstoffbestandteil beinhaltet, der in einer detektierbaren Weise an das biologische Material bindet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Untersuchung auf biologische Verunreinigungen. Solche Verunreinigungen können auf in Umgebungen, einschließlich Lebensmittel verarbeitenden Betrieben, Krankenhäusern, Arztpraxen, Tierarztpraxen und Restaurants, verwendeten Ausrüstungsgegenständen oder anderen Flächen gefunden werden, wenn eine gründliche Reinigung nicht durchgeführt wurde. Materialien, die als Indikatoren für eine Verunreinigung detektiert werden, beinhalten zum Beispiel lebende Bakterienzellen, Viren, ATP und Protein. Der ideale Test auf Kontamination wäre wirksam, kostengünstig, schnell und einfach zu verwenden und zu interpretieren.
Obwohl pathogene Bakterien und Viren eindeutig gesundheitsgefährdend sind, beinhalten die gewöhnlich verwendeten Verfahren zu ihrer Detektion eine Reihe von Schritten, wie beispielsweise die Reagenzienherstellung, die Reagenzienmischung, den Probentransfer, die Proben-/Reagenzienmischung und die Inkubation vor dem Auslesen von Ergebnissen. Die Tests auf solche Materialien sind nicht nur zeitraubend, sondern erfordern typischerweise die Verwendung von teurer und komplizierter Ausrüstung. Daher ist die direkte Routineuntersuchung von Flächen oder Ausrüstungsgegenständen auf Bakterien oder Viren nicht praktikabel in Einrichtungen, in denen die Untersuchung durch nicht-technisches Personal durchgeführt wird und schnelle Ergebnisse verlangt werden. Als Alternative zur Untersuchung auf Bakterien und Viren verwenden viele Lebensmittel verarbeitende Betriebe Ersatzmarker wie beispielsweise ATP und Protein als Indikatoren auf eine Kontamination. Obwohl diese Substanzen selbst üblicherweise nicht gesundheitsgefährdend sind, können sie als Nährstoffe für Bakterien dienen und sind gute allgemeine Indikatoren für die Wirksamkeit einer Reinigung.
ATP (Adenosintriphosphat) ist eine Chemikalie, die allen lebenden Organismen gemeinsam ist. Die Anwesenheit signifikanter Niveaus von ATP auf einer Oberfläche zeigt an, dass die Reinigung unvollständig war und das Bakterien anwesend sein können. Da die Hygieneüberwachung durch ATP-Detektion verbreitet, vergleichsweise kostengünstig, schnell und effizient ist, wird sie weithin eingesetzt. Die Detektion von ATP leidet jedoch unter bestimmten Beschränkungen, die ihre Verwendbarkeit einschränkt, indem sie die Verwendung eines relativ teuren Gerätes beinhaltet und den Transport von Proben zu einem zentralen Labor beinhalten kann.
Natürlich bilden Tests auf Protein als Nachweis für eine Verunreinigung eine attraktive Alternative zur direkten Untersuchung auf Bakterien und Viren oder zur ATP-Detektion. Unglücklicherweise beinhalten viele Beispiele für gegenwärtige Verfahren zur Protein-Bestimmung, die als ein Indikator auf eine kontaminierte Oberfläche dienen kann, aufgrund von Stabilitätsproblemen eine Vorort-Reagenzienherstellung, zusammen mit mehreren Transferschritten, Inkubationsperioden und/oder beinhalten stark subjektive Farbänderungen, die die Interpretation erschweren und/oder erfordern den Einsatz einer komplizierten Ausrüstung oder speziell ausgebildeten Personals. Beispiele für gebräuchliche Proteinbestimmungsverfahren werden in Stoscheck, Quantitation of Protein, in METHODS IN ENZYMOLOGY Bd. 182, S. 50–68, 1990, beschrieben. Unter den Varianten von grundlegenden Proteinbestimmungsverfahren sind Verfahren, die kolloidale Formen von COOMASSIE^®-Blau-Farbstoff verwenden, um Protein in Gelen wie beispielsweise Polyakrylamid-Elektrophoresegelen zu detektieren. Solche Verfahren sind zum Beispiel in Neuhoff et al., Electrophoresis 6: 427–488, 1985 und Neuhoff et al., Electrophoresis 9: 255–262, 1988, beschrieben. Über die oben erwähnten konventionellen Proteintestverfahren hinaus ist in Winicov et al., U.S.-Patent 5,424,000, mit dem Titel ACID CLEANINGS AND STAINING COMPOSITIONS, erteilt am 13. Juni 1995, eine kombinierte Reinigungs- und Proteinfärbezusammensetzung beschrieben. Die Lösungen enthalten vorzugsweise Phosphor-, Schwefel- und Salpetersäuren und Echtsäureviolett-19-Farbstoff.
Eine Reihe verschiedener autonomer Probennahme-/Testvorrichtungen, die bestimmte Tests einsetzen, sind beschrieben worden. Beispiele für solche Tests beinhalten die Probennahme auf bakterielle Kontaminanten in Lebensmittel verarbeitenden Betrieben, die Probennahme auf Verunreinigungen der Umgebung durch Schwermetalle wie beispielsweise Blei und die Sammlung von Proben von Patienten, um sie auf eine Infektion durch Mikroorganismen zu untersuchen.
Spezifische Beispiele für autonome Probennahme-/Testvorrichtungen beinhalten Nason, U.S.-Patent Nr. 5,266,266, erteilt am 30. Nov. 1993 und Nason, U.S.-Patent Nr. 4,978,504, erteilt 18. Dez. 1990, beide mit dem Titel SPECIMEN TEST UNIT; Nason, U.S.-Patent 4,707,450, erteilt am 17. Nov. 1987, mit dem Titel SPECIMEN COLLECTION AND TEST UNIT; Numa, U.S.-Patent 5,726,062, erteilt am 10. Mär 1998; und Tobin, U.S.-Patent 3,792,699, erteilt am 19. Feb. 1974. Die Verwendung von Proteinfehlerfarbstoffen, um den Proteingehalt im Urin abzuschätzen, ist in Keston, U.S.-Patent Nr. 3,485,587, mit dem Titel PROTEIN INDICATOR, offenbart, die alle vollständig, unter Einschluss der Zeichnungen, durch Inbezugnahme hierin aufgenommen sind. All diese vorgenannten Vorrichtungen leiden jedoch an denselben oben erwähnten Nachteilen.
Da daher keine autonome Vorrichtung oder Verfahren existiert, das kostengünstig, schnell und leicht anzuwenden und zu interpretieren ist, besteht ein Bedürfnis im Stand der Technik für eine solche Vorrichtung, die zur Detektion von biologischen Verunreinigungen relevant ist. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Bedürfnisse und bietet andere damit verbundene Vorteile.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt allgemein eine neue autonome Vorrichtung zur Detektion biologischer Verunreinigungen in verschiedenen Einrichtungen gemäß Anspruch 1 bereit. In einem Aspekt wird eine autonome Probennahme-/Testvorrichtung bereitgestellt, die einen Probensammler für die Sammlung von Zielmaterial und einen Signalerzeuger aufweist, umfassend einen Farbstoff, der an das Zielmaterial bindet, um die Anwesenheit des Zielmaterials anzuzeigen, wobei der Probensammler eine auf seiner Oberfläche angeordnete Membran aufweist, an die der Farbstoff kovalent oder nichtkovalent angeheftet ist. In einer Ausführungsform enthält die Vorrichtung auch eine Probensammlerwaschvorrichtung, die eine Waschlösung aufweist. In anderen Ausführungsformen weist die Vorrichtung ein absorbierendes Material auf, wobei der Probensammler ein poröses Probensammelkissen aufweist, und das absorbierende Material, der Probensammler und die Probensammlerwaschvorrichtung in einer Weise konfiguriert und angeordnet sind, dass das Probensammelkissen zwischen dem absorbierenden Material und der Probensammlerwaschanlage angeordnet werden kann, so dass die Waschlösung Farbstoff, der an das auf dem Probensammelkissen immobilisierte Zielmaterial gebunden ist, von ungebundenem Farbstoff trennt. Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet der Probensammler der Vorrichtung ein absorbierendes Kissen, an dessen Oberfläche eine Membran angeordnet ist, an die ein Farbstoff entweder kovalent oder nichtkovalent angeheftet ist, oder der Farbstoff alternativ direkt an das absorbierende Kissen angeheftet ist und/oder keine Membran anwesend ist.
In anderen Aspekten enthält die Vorrichtung eine Benetzungs-/Neutralisierungslösung, die in einem Reagenzgehäuse enthalten ist, das ein absorbierendes Material enthält. In weiteren Ausführungsformen enthält der Probensammler ein absorbierendes Material, das mit Benetzungs-/Neutralisierungslösung vorbefeuchtet ist. Alternativ enthält der Probensammler ein zerbrechliches Fläschchen oder ein zerreißbares Kompartiment, das die Benetzungs-/Neutralisierungslösung enthält. Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Frequenzverschiebungsfarbstoff der Proteinfehlerfamilie, wie beispielsweise Bromphenolblau, enthalten. In weiteren Ausführungsformen kann die Benetzungs-/Neutralisierungslösung Natriumthiosulfat, MgCl₂, Natriumdodecylsulfat, Tergitol, Triton X-100 oder Tween 20 sein.
In einem weiteren Aspekt wird eine autonome Probennahme-/Testvorrichtung bereitgestellt, umfassend einen Probensammler zur Sammlung biologischen Zielmaterials und einen Signalerzeuger, der einen Frequenzverschiebungsfarbstoff der Proteinfehlerfamilie umfasst, wobei der Farbstoff fähig ist, das biologische Zielmaterial zu binden und bei Bindung an das Zielmaterial eine Farbänderung hervorzurufen, wobei ungebundener Frequenzverschiebungsfarbstoff nicht von an dem biologischen Zielmaterial gebundenen Frequenzverschiebungsfarbstoff abgetrennt zu werden braucht, um die Anwesenheit des Zielmaterials festzustellen. In verwandten Ausführungsformen enthält die Vorrichtung mindestens eines von folgendem: ein absorbierendes Material und/oder ein Benetzungsmittel. In bestimmten Ausführungsformen ist der Farbstoff Bromphenolblau, während die Vorrichtung in anderen Ausführungsformen eine Benetzungslösung enthält, die ein oder mehrere Neutralisierungsmittel wie beispielsweise Natriumthiosulfat, MgCl₂, Natriumdodecylsulfat, Tergitol, Triton X-100 oder Tween 20 enthält.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung und die Beispiele ersichtlich. Darüber hinaus beschreiben die verschiedenen unten angegebenen Referenzen in größerer Ausführlichkeit bestimmte Verfahren oder Zusammensetzungen (z.B. Farbstoffe, Detektionsmethoden etc.) und werden daher durch Inbezugnahme vollständig hierin mit den aufgenommen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 veranschaulicht eine Ausführungsform im veröffentlichten Stand der Technik, die einen Probensammlerstift mit einem absorbierenden Probensammelkissen und einem faltbaren Heft enthält, umfassend Reservoirkissen für Farbstoff, Absorbens und Waschlösung.
2 veranschaulicht eine Ausführungsform im veröffentlichten Stand der Technik, enthaltend einen Probensammlerstift mit einem Probensammelkissen und einer absorbierenden Ausfütterung, und einer Reagenzschale mit drei Näpfen: einer mit Tupferbenetzungslösung, einer mit Farbstoff und einer mit Waschlösung.
3 veranschaulicht eine Ausführungsform im veröffentlichten Stand der Technik enthaltend einen Probensammlerstab und eine Reagenzschale mit drei Näpfen; eine mit Probensammlerbenetzungslösung, einer mit Farbstoff und einer mit Waschlösung.
4 veranschaulicht eine andere Ausführungsform zu der in 3, bei der die Reagenz und schale vereinfacht ist zu zwei Näpfen, wobei der Farbstoff und die Waschreagenzien in demselben Napf vorliegen, getrennt durch eine undurchlässige, aber zerreißbare Membran.
5 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Vorrichtung im veröffentlichten Stand der Technik, bei der die Waschlösung in einem Probensammlerstab enthalten ist und von der Probennahmefläche durch eine undurchlässige Membran getrennt ist. Vor der Anwendung gelangt das Probensammelende des Probensammlerstabes abdichtbar mit einem Hohlraum in einem Gehäuse in Eingriff. Der Farbstoff ist in demselben Hohlraum zugegen und von der Waschfläche durch eine durchlässige Membran getrennt. Das gegenüberliegende Ende des Gehäuses enthält ein absorbierendes Material und kann im Anschluss an die Probensammlung abdichtbar mit dem Sammelende des Probensammlerstabes in Eingriff gebracht werden.
6 veranschaulicht eine Ausführungsform im veröffentlichten Stand der Technik, die einen tupferartigen Probensammler beinhaltet, wobei die Farbstofflösung in dem Probensammlerbereich auch als Probensammlerwaschlösung fungiert.
7 veranschaulicht eine Ausführungsform im veröffentlichten Stand der Technik, bei der das Gehäuse aufgeteilt ist in einen oberen Gehäusebereich und einen unteren Gehäusebereich, die verschließbar ineinandergreifen, bei der der untere Teil des unteren Gehäuses durch eine Trennvorrichtung abgesetzt ist.
8 zeigt eine Ausführungsform im veröffentlichten Stand der Technik von einer Vorrichtung, bei der der obere Bereich der Vorrichtung einen Probensammler und eine Probensammlerwaschlösung enthält, die keinen Farbstoff enthält. Der untere Bereich der Vorrichtung (das Gehäuse) schützt den Probensammler, wenn die beiden Bereiche der Vorrichtung zusammengeschlossen sind. Das Gehäuse enthält auch eine Trennvorrichtung, die das Gehäuse in obere und untere Räume aufgeteilt. Der untere Raum enthält eine Farbstoffzusammensetzung, vorzugsweise einen trockenen Farbstoff.
9 veranschaulicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Farbstoff an eine Membran auf der Oberfläche des Probensammlers gebunden ist. Die Benetzungslösung ist in einem separaten Reservoir enthalten.
10 veranschaulicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Farbstoff ebenfalls an die Oberfläche der Membran gebunden ist und das Benetzungsmittel in einem Kompartiment enthalten ist, das es von dem/der Absorptionsmaterial/Farbstoff-Membran durch einen zerbrechlichen Verschluss trennt.
11 veranschaulicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Farbstoff an eine Membran an der Oberfläche des Probensammlers gebunden ist und das Benetzungsmittel in einer zerreißbaren Ampulle innerhalb des Kunststoffgehäuses des Probensammlerstabs untergebracht ist.
12 veranschaulicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Farbstoff an eine Membran an der Oberfläche des Probensammlers gebunden ist und das Benetzungsmittel in dem absorbierenden Material innerhalb des Probensammlerstabs enthalten ist und jede Vorrichtung in einen Folienbeutel eingeschlossenen ist, um die Verdunstung des Benetzungsmittel zu verhindern.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Vorrichtung und Verfahren der vorliegenden Erfindung sind autonom, kostengünstig, schnell sowie leicht zu handhaben und zu interpretieren. In bestimmten Ausführungsformen verwenden die Vorrichtung und Verfahren einen an oder nahe der Oberfläche eines Probennahmestabes angehefteten Farbstoff, der seine Farbe in Gegenwart signifikanter Mengen von Protein verändert (das heißt ein Proteinfehlerfarbstoff oder polychromatischer Farbstoff, siehe Keston et al., oben), und in weiteren Ausführungsformen enthält die Vorrichtung oder das Verfahren ein Mittel zur Benetzung der Probennahmefläche vor dem Kontakt mit der Testfläche. Solche Mittel zur Benetzung können durch ein/eine Benetzungsmittel/Benetzungslösung bereitgestellt werden, das/die bei der Protein-Solubilisierung behilflich ist, Kontaminanten neutralisiert, die die Proteinbestimmung stören können, und die Detektion von Zielmaterial maximiert.
Das Bedarf an und der Nutzen einer sofortigen Rückkopplung an Ort und Stelle für das Reinigungs- und Überwachungspersonal in Gegenwart von restlichen verunreinigenden Substanzen in einer Vielzahl von Umgebungen ist gut bekannt. Beispielsweise spielt die Notwendigkeit einer Kontaminationsüberwachung eine gut dokumentierte Rolle bei Lebensmittelsicherheitsprogrammen, wenn zurückbleibende Lebensmittelreste bei einigen Personen zu einer bakteriellen Kontamination und allergischen Reaktionen führen können. Die wirksame Reinigung vermindert auch das Risiko, das Krankheitserreger nachfolgende Lebensmittelprodukte kontaminieren. Verschiedene Vorrichtungen und Verfahren sind für die Untersuchung auf Kontaminanten verwendet worden. Entsprechend besteht ein Bedürfnis, sicherzustellen, dass die Flächen und Ausrüstungsgegenständen in Krankenhäusern, Arztpraxen, Chemielabors oder Tierarztpraxen angemessen gereinigt wurden, um Patienten und Bedienstete zu schützen.
Besonders vorteilhafte Vorrichtungen zum Zwecke der Feststellung der Anwesenheit von bestimmten Materialien erfordern keine sekundären Reagenzien oder Schritte, weisen in Gegenwart von Zielmaterial leicht zu detektierende Änderungen auf, ergeben sofortige Ergebnisse und ermöglichen die integrierte Sammlung von Proben in der Vorrichtung. Die vorliegende Erfindung zeigt, dass solch eine autonome Probennahme-/Testvorrichtung konstruiert werden kann, bei der die Anwesenheit von Zielmaterial in einer Probe durch Verwendung eines Farbstoffs, der das Zielmaterial bindet, kolorimetrisch festgestellt wird. Wie oben angegeben, ist diese Vorrichtung besonders vorteilhaft für routinemäßige Hygieneuntersuchungen.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine autonome Vorrichtung, die einen Probensammler zur Sammlung einer Probe, die ein Zielmaterial enthalten kann, und einen Signalerzeuger mit einem kontaktierbaren Farbstoff, der an das gesammelte Zielmaterial bindet, aufweist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Vorrichtung eine Probenwaschvorrichtung enthalten, die eine Waschlösung zum Waschen des gesammelten Zielmaterials und/oder von freiem Farbstoff von oder auf dem Probensammler, um die Messung eines Signals zu erleichtern, das durch die Wechselwirkung von Farbstoff und Zielmaterial hervorgerufen wird. In anderen verwandten Ausführungsformen besitzt die Vorrichtung oder das Verfahren ein Reservoir, dass in der Lage ist, ein Benetzungsmittel an den Probensammler liefern. Der Probensammelflächenbereich des Probensammlers steht in Verbindung mit der Probensammlerwaschvorrichtung oder dem Probensammler-Benetzungsmittel, oder kann damit in Verbindung gebracht werden. In bestimmten Ausführungsformen steht die Sammelfläche des Probensammler auch in Verbindung mit einem absorbierenden Material, das fähig ist, Flüssigkeit von einem Benetzungsmittel und/oder einer Waschlösung aufzunehmen, oder kann damit in Verbindung gebracht werden. Die Vorrichtung kann in irgendeiner von vielen möglichen Strukturkonfigurationen konstruiert werden, in Abhängigkeit von den Erfordernissen der jeweiligen Anwendung, zum Beispiel abhängig vom spezifischen Typ des verwendeten Farbstoffs und der Art des zu testenden Zielmaterials.
Der hier verwendete Begriff "in Verbindung" bezieht sich auf einen Kontakt oder Kanal oder eine anderes Mittel, das einen Flüssigkeitskontakt zwischen den betreffenden Bestandteilen ermöglicht. Eine Probensammlerwaschvorrichtung und ein absorbierenden Material sind daher zum Beispiel in Verbindung, wenn ein Flüssigkeitstransport von der Probensammlerwaschanlage oder dem Benetzungsmittelreservoir in das absorbierende Material stattfinden kann. Der Begriff beinhaltet nicht, dass Flüssigkeit tatsächlich anwesend ist, sondern lediglich, dass solch ein Flüssigkeitskontakt auftreten könnte, wenn Flüssigkeit anwesend wäre.
In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet die Vorrichtung einen Farbstoff, der Zielmaterial präzipitiert, vorzugsweise einen Protein fällenden Farbstoff, zum Beispiel Ponceau-S-Farbstoff. Solch ein Farbstoff bindet an und präzipitiert ein Zielmaterial oder hilft dabei, dieses zu präzipitieren oder zu verhindern, dass es in Lösung geht. Die Probensammelfläche des Probensammlers kann mit dem Farbstoff in einer Weise in Kontakt gebracht werden (in Lösung oder trocken), dass von dem Probensammler eine ausreichende Menge aufgenommen wird, um das Zielmaterial in einer Probe anzufärben. Bei der Verwendung solcher Farbstoffe ist es allgemein vorteilhaft, jedoch nicht erforderlich, gebundenen Farbstoff von ungebundenem Farbstoff zu trennen, um eine einfache Detektion der Anwesenheit von Zielmaterial zu ermöglichen. Ausführungsformen, die solche Farbstoffe einsetzen, können daher eine Anordnung vorsehen, bei der die gesammelte Probe (die Zielmaterial enthalten kann) in einer Weise zwischen Reservoire angeordnet ist oder angeordnet sein kann, dass Waschlösung durch oder über eine feste Matrix, die die gesammelte Probe trägt, passieren kann. Beispielsweise kann die gesammelte Probe zwischen einem absorbierenden Material, dass in der Lage ist, Waschlösung zu absorbieren und einem absorbierenden Material oder anderen Reservoir, dass eine Waschlösung enthält, angeordnet sein. Die Sättigungsdifferenz zwischen diesen Reservoiren sorgt für einen gerichteten Transport von Farbstoff und Waschlösung über die Sammelkissenfläche. Vorzugsweise wird die Waschlösung durch Kapillarwirkung durch oder über eine Matrix gezogen, die eine gesammelte Probe trägt. In Ausführungsformen, bei denen die Sammelfläche und das trockene absorbierende Material in direktem Kontakt stehen, sollte das trockene absorbierende Material mindestens genug Kapazität aufweisen, um ausreichend Farbstoff und Waschlösung zu absorbieren, um die Probensammelfläche zu waschen. Um die Waschlösung durch eine probentragende Matrix zu ziehen, wird bei anderen Ausführungsformen statt der Kapillarwirkung in einem absorbierenden Material, bei einer Waschung ein vom Anwender ausgeübter Druck eingesetzt, der Waschlösung durch die probentragende Matrix drückt.
Der Begriff "Matrix" bezieht sich auf ein festes Material, das geeignet ist, um Farbstoff/Zielmaterial-Komplexe zurückzuhalten. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist eine Matrix vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, eine poröse Matrix oder ein poröses Material, was bedeutet, dass die Matrix von einer großen Anzahl von Durchgängen mit ausreichender Größe durchzogen ist, um die Passage von Flüssigkeiten wie beispielsweise Wasser zu ermöglichen, die jedoch vorzugsweise nicht zu groß sind, dass die Matrix frei dränierend ist. Solch eine poröse Matrix kann zum Beispiel ein Netzwerk miteinander verwobener Fasern wie beispielsweise Papier, Baumwolltupfer, Nylon- oder Polyestersieb oder Filz sein. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten absorbierenden Materialien, um beispielsweise Flüssigkeiten zu absorbieren und einen Fluss durch eine Probensammelfläche zu bilden, sind daher poröse Matrizes oder Materialien.
In Zusammenhang mit dem Einfangen von Komplexen aus Zielmaterial und Farbstoff und der Entfernung von ungebundenem Farbstoff bezieht sich der Begriff "Wäsche" oder "Waschung" auf einen Flüssigkeitstransport von ausreichend ungebundenem Farbstoff, um die Detektion von Komplexen zu fördern. Es wird davon ausgegangen, dass in vielen Fällen eine übermäßige Waschung von gefärbten Materialien gebundenen Farbstoff zusätzlich zu ungebundenem Farbstoff entfernen kann. Wenn die Detektion der Anwesenheit von Farbstoff, der in oder auf einem festen Träger oder einer Matrix zurückgehalten wird, genutzt wird, ist die Waschung bei der Anwendung daher nicht so ausgiebig, dass die Entfernung von ungebundenem Farbstoff die Feststellung der Anwesenheit von Zielmaterial stört.
In bestimmten Ausführungsformen ist die Probensammelmatrix ein absorbierendes Material, zum Beispiel ein absorbierendes Kissen oder die Oberfläche eines absorbierenden Kissens. In bestimmten Ausführungsformen bindet die Probensammelmatrix das Zielmaterial, in anderen fängt die Probensammelmatrix präzipitiertes Zielmaterial ein oder die Oberfläche der Matrix hält Farbstoff/Zielmaterial-Komplexe zurück.
In weiteren Ausführungsformen ist die Vorrichtung in einer Weise eingerichtet, dass die Probensammelmatrix des Probensammlers mittels Diffusion durch die Waschlösung gewaschen wird, die durch physikalische Bewegung unterstützt sein kann. Bei solchen Ausführungsformen würde der Probensammler anschließend im allgemeinen von der Farbstoff tragenden Waschlösung entfernt werden. Das Zielmaterial, zum Beispiel Protein, würde auf oder in einem Bereich des Probensammlers eingefangen, daran gebunden oder auf andere Weise immobilisiert werden.
Unter "Einfangen" oder "einfangen" ist eine körperliche Verbindung zu verstehen, die chemisch, elektrostatisch oder sterisch sein kann, so dass ein Zielmaterial selbst in Anwesenheit von Kräften, die andernfalls eine Tendenz zur Entfernung des Zielmaterials von der Matrix haben könnten, in einer Matrix zurückgehalten wird. Dies kann beispielsweise durch Präzipitation von Zielmaterial erfolgen, so dass das Material unlöslich wird, zum Beispiel unter Verwendung von präzipitierenden Farbstoffen wie beispielsweise Ponceau-S. Auf diese Weise können Wäschen durchgeführt werden, um kleine, nicht umgesetzte oder ungebundene Farbstoffmoleküle von größeren Farbstoff/Zielmaterial-Komplexen zu trennen und auf diese Weise die Untersuchung von Proben zu erleichtern.
Der Ausdruck "präzipitieren" oder "Präzipitation", wie er hier in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, beinhaltet das übliche Verständnis von der Präzipitation als einem Absetzen oder einer Ablagerung von festen Partikeln aus einer Lösung. Darüber hinaus beinhaltet der hier verwendete Begriff jede allgemeine Rückhaltung eines festen oder partikulären Stoffes, durch irgendeine Kraft, in oder in einigen Fällen auf einer absorbierenden Sammelkissenmatrix oder einem Probensammler oder einer anderen Festphasenoberfläche. Die Definition beinhaltet daher, ist aber nicht beschränkt auf, Zielstoffe, die aus einer Lösung austreten, Zielmaterial-Agglutination und Konformationsänderungen des Zielmaterials, die durch Erzeugung von Komplexen oder anderen körperlichen Strukturen, die sich nicht leicht durch die Poren des porösen Materials bewegen, bewirken, dass der Austritt dieses Materials aus einer Matrix blockiert ist. Der Fachmann wird daher leicht in der Lage sein, geeignete Materialien und Bedingungen für die Präzipitation oder ein anderes Einfangen einer bestimmten Ziel material/Farbstoff-Kombination auszuwählen, zum Beispiel die Auswahl eines porösen Materials mit einer geeigneten durchschnittlichen Porengröße, die es dem Zielmaterial ermöglicht, in das poröse Material einzutreten, die jedoch klein genug ist, Farbstoff/Zielmaterial-Komplexe daran zu hindern, schnell aus dem porösen Material heraustransportiert zu werden, oder die Bindung von Indikatorfarbstoff an die Matrix (zum Beispiel das absorbierende Kissen oder eine geeignete Deckmembran).
Bei Ausführungsformen, die Gebrauch machen von einem Zielmaterial präzipitierenden Farbstoff, zum Beispiel einem Protein präzipitierenden Farbstoff, färbt und immobilisiert der Farbstoff Zielmaterial, zum Beispiel ein Protein (z.B. Protein, das an oder auf einem absorbierenden Tupfer oder Kissen adsorbiert bzw. präzipitiert wurde). In diesem Zusammenhang bedeutet "immobilisiert", dass das Zielmaterial aus dem Großteil einer Lösung (zum Beispiel einer Farbstofflösung oder Waschlösung) entfernt oder am Eintritt in diese gehindert wurde, beispielsweise durch Präzipitation des Zielmaterial/Farbstoff-Komplexes, Einfangen des Zielmaterials und/oder Zielmaterial/Farbstoff-Komplexes oder Anheftung des Zielmaterials an ein unlösliches oder festes Material, zum Beispiel ein Partikel, eine Matrix oder einen Träger. Bei Ausführungsformen, bei denen Zielmaterial an eine Matrix oder Oberfläche bindet, muss ein präzipitierender Farbstoff ein Zielmaterial nicht tatsächlich präzipitieren, da es durch Bindung an die feste Matrix oder den Träger immobilisiert wird.
Bestimmte unten beschriebene Ausführungsformen zeigen, dass die Verwendung der beanspruchten Vorrichtung eine gewisse minimale Manipulation von Vorrichtungsbestandteilen und Vorrichtungen beinhalten kann, bei denen die Vorrichtung nach der Probeneinführung nicht verschlossen bleibt und/oder bei denen die separate Manipulation von einem oder mehreren Vorrichtungsbestandteilen erforderlich ist, kommen ebenfalls in Betracht. Die Vorrichtung beinhaltet daher in einer Ausführungsform einen Probensammler zur Sammlung von Zielmaterial oder Kontaminanten, einen Signalerzeuger zur Bereitstellung eines Zielmaterial bindenden Farbstoffs, eine Probensammlerwaschvorrichtung, um ungebundenen Farbstoff von an Zielmaterial gebundenem Farbstoff fortzuwaschen und/oder ein Benetzungsmittelreservoir sowie mindestens ein Gehäuse, um den Signalerzeuger und die Probensammlerwaschvorrichtung und/oder die Benetzungsmittelreagenzien aufzunehmen.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Probensammler die Form eines Stiftes, Dochtes oder eines Stabes oder jede andere Konfiguration annehmen, die geeignet ist, einen bestimmten Probentyp aufzunehmen. Solch ein Probensammlerstift ist im allgemeinen ein absorbierender Stab, vorzugsweise abgeflacht, mit einem(r) Probensammelkissen oder -fläche in einem terminalen Bereich der Stabes. Der Stab kann auch ein absorbierendes Material aufweisen, dass in Verbindung mit dem/der Probensammelkissen/Membran steht, zum Beispiel auf der anderen Seite desselben Endes des Stabes, mit einer Verbindung durch eine Bohrung oder Bohrungen in dem Stab. Bei diesen Konfigurationen ist daher ein absorbierendes Kissen oder ist ein Material vorhanden, das zu der Sammelfläche benachbart oder zur Benachbarung eingerichtet ist, um Zielmaterial und/oder Farbstoff und/oder Waschlösungen über das Zielmaterial, zum Beispiel ein eine Fläche kontaminierendes Protein, zu ziehen, und das Einfangen dieses Zielmaterials auf oder innerhalb der Kissenmatrix erleichtern kann. Die Vorrichtung beinhaltet eine Probensammlerwaschvorrichtung, um ungebundenen Farbstoff vom Probensammlersammelkissen oder vorzugsweise einem Benetzungsmittelreservoir vorzugsweise in ein absorbierendes Kissen oder Reservoir zu waschen, dass in einigen Ausführungsformen, wie beispielsweise dem Stift, zu dem/der Probensammlersammelkissen/Membran benachbart ist oder darin integriert ist, und in anderen eine verlängerte Erweiterung des Probensammlersammelkissens oder ein angrenzendes absorbierendes Material ist, das von einem Probensammlerstab oder einem Gehäuse beherbergt wird und für einen Strom von Waschlösung über die Probe sorgt. Optional beinhaltet die Vorrichtung ferner sowohl ein Benetzungsmittel oder eine Benetzungslösung als auch einen Sandstrahlwäscher, wobei das Benetzungsmittel verwendet werden kann, um die Probensammelmatrix oder -fläche zu benetzen. Diese Befeuchtung kann die Probensammlung und/oder Aufnahme einer Menge trockenen Farbstoffs erleichtern. Eine Benetzungslösung kann mit der Waschlösung identisch oder von ihr verschieden sein. Die Anwendungen, bei denen eine angefeuchtete Probensammelmatrix erwünscht ist, kann die Probensammelfläche oder -matrix vorbe feuchtet sein oder kann unter Verwendung einer Benetzungslösung angefeuchtet werden.
Wie oben angegeben kann ein Probensammlerstift bei bestimmten Ausführungsformen entweder mit einem/einer Probensammelkissen/Membran, aber ohne zusätzliches absorbierendes Material, oder sowohl mit einem Probensammelkissen als auch einem absorbierenden Material zum Ziehen von Flüssigkeiten durch das Probensammelkissen konstruiert sein, zum Beispiel mit einem Probensammelkissen auf einer Seite in Verbindung mit einem absorbierenden Kissen auf der anderen Seite. Im allgemeinen besitzt ein Probensammlerstift einen Griff, vorzugsweise hergestellt aus einem nicht-porösen Material wie beispielsweise verschiedenen Kunststoffen, beschichteten Papieren, Glas oder Metall. Vorzugsweise ist der Griff mindestens ein Zoll lang und besonders bevorzugt 2, 4, 6 oder 8 Zoll lang. In anderen Ausführungsformen, beispielsweise solchen, die einen Probensammlerstift beinhalten, gibt es keinen "Sandwich" vom oben beschriebenen Typ. Vielmehr ist der Körper oder das Gehäuse des Probensammlers hohl oder mit einem inneren Reservoir ausgestattet, das zu der Probensammelfläche benachbart oder damit verbunden ist, um die eingefärbte Probe aufzunehmen oder mit Waschlösung von ungebundenem Farbstoff freizuspülen, oder um der Membran ein Benetzungsmittel zur Verfügung zu stellen.
Der Begriff "Probensammlerstift" bezieht sich daher auf eine verlängerte Gehäusestruktur, die eine Probensammelfläche, ein Kissen oder eine Membran und mindestens ein Reservoir beinhaltet. Zum Beispiel kann ein Probensammlerstift eine Waschlösung und/oder ein Benetzungsmittel zusammen mit einem Probensammelkissen enthalten. Das Benetzungsmittel oder die Waschlösung können in kontinuierlicher Verbindung mit der Sammelfläche stehen oder können durch eine Trennvorrichtung getrennt sein, bis eine Verbindung gewünscht ist. Alternativ kann ein Probensammlerstab ein Reservoir mit trockenem absorbierenden Material für die Absorption von Wasch- und/oder Benetzungslösung enthalten, das in Verbindung mit der Probensammelfläche steht. Beispielhafte Probensammlerstäbe gemäß der Erfindung sind in den 9–12 dargestellt.
Einige Probensammlerstäbe gemäß dem Stand der Technik können ein Gehäuse verwenden, das Reservoire in einer ebenen Anordnung enthält, wie z.B. in den 3 und 4 (Stand der Technik) dargestellt, oder können ein Gehäuse in Form einer Kappe (z.B. 5) verwenden. Beispielsweise kann eine solche Kappe reversibel sein, so dass in einer Orientierung die Kappe die Probensammelfläche abdichtet und/oder schützt. In der entgegengesetzten Orientierung sorgt die Kappe für einen Kontakt mit Farbstoff und Waschlösung. Der Fachmann wird erkennen, dass verschiedene Anordnungen verwendet werden können, um für eine Befeuchtung der Probensammelfläche, die Aufnahme oder den Transport von Farbstoff auf oder in die Probensammelfläche und -matrix, eine Waschlösungsquelle und ein komplementäres absorbierendes Material zur Aufnahme von Waschlösung beim Freiwaschen von Proben von ungebundenem Farbstoff zu sorgen.
In einigen Ausführungsformen sind einige der Reservoire und/oder Reagenzien angrenzend oder benachbart, aber durch zerreißbare Membranen oder Trennvorrichtungen getrennt, die, wenn sie zerbrochen werden, den Fluss von Reagenzien über eine gesammelte/exponierte Probe ermöglichen, um die Probe wirksam zu waschen oder die Probensammelfläche zu benetzen. 9 ist dafür ein Beispiel, jedoch nicht beschränkend.
Einige Vorrichtungen nach dem Stand der Technik verwenden festen Farbstoff, der in Reaktion auf eine physikalische Stimulation, wie beispielsweise das Zerreißen einer Membran oder von Membranen, die den Farbstoff in einem trockenen, getrennten Zustand erhalten, hydratisiert und einer Probe präsentiert wird. 4 veranschaulicht dies, soll jedoch in keiner Weise beschränkend wirken. (Das kombinierte Farbstoff/Waschlösungsreservoir in 4 könnte trockenen Farbstoff oder eine Farbstofflösung enthalten). Beispielsweise kann eine befeuchtete Probensammelfläche mit einem trockenen Farbstoff in Berührung gebracht werden, so dass eine Menge von Farbstoff auf die Probensammelfläche übertragen wird. Der Farbstoff kann Zielmaterial direkt kontaktieren und/oder durch Flüssigkeitstransport durch eine poröse Matrix, um das Zielmaterial innerhalb der porösen Matrix zu kontaktieren.
Die vorstehenden Ausführungsformen verwendeten vorzugsweise die Eigenschaften von präzipitierenden Farbstoffen, bieten jedoch überraschend gute Ergebnisse mit bestimmten Klassen von Frequenzverschiebungsfarbstoffen. Wie durch diese Ausführungsformen veranschaulicht wird, stellt die Erfindung auch Verfahren zur Verwendung solcher Farbstoffe bereit, um Zielmaterial, z.B. Protein, zu fixieren oder dessen Austrag aus porösen Matrizes zu verzögern, in die bereits Zielmaterial eingeführt wurde, z.B. durch Abwischen. Die Einführung von Zielmaterial, wie er von der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, wird daher nicht durch die Bewegung von Partikeln oder Molekülen in einem elektrischen Feld erleichtert oder ist davon abhängig. Gleichermaßen verwendet das Verfahren nicht die Trennung von Bestandteilen einer Probe aufgrund unterschiedlicher Wanderung in der porösen Matrix. Stattdessen muss die Matrix lediglich in der Größe kompatibel sein, um das anfängliche Eintreten oder die Assoziation von Zielmaterial mit der Matrix zu ermöglichen, und der Einfluss von Farbstoff wirkt dahingehend, das Verlassen des Zielmaterials aus der Matrix zu behindern oder zu hemmen. Dies kann zum Beispiel zurückzuführen sein auf Präzipitation, Konformationsänderungen, Verklumpung oder jedes andere Ergebnis einer Farbstoffbindung, dass die Wirkung hat, Zielmaterial ausreichend in der porösen Matrix zu immobilisieren, so dass ungebundener Farbstoff abgewaschen und gefärbtes Zielmaterial in der Matrix sichtbar gemacht werden kann. Alternativ kann die Immobilisierung zurückzuführen sein auf chemische oder elektrostatische Bindung von Zielmaterial an die Matrix. Ferner ist die Matrixbeschaffenheit irrelevant, solange die oben beschriebenen Kriterien erfüllt sind und solange der Farbstoff im übrigen mit den Matrizes kompatibel ist oder kompatibel gemacht werden kann, z.B. mit Neutralisierungsmittel.
Veranschaulichend, jedoch nicht beschränkend, für mögliche Materialien, die als poröse Matrizes verwendet werden können, sind jene, die unter der Definition für "Probensammler" beschrieben sind. Der Farbstoff sollte nicht in einem solchen Maß an das Matrixmaterial binden, dass ein an Zielmaterial gebundener Farbstoff in der Matrix nicht von Farbstoff unterschieden werden kann, der an die Matrix bindet.
In Übereinstimmung mit den obigen Aspekten bietet die Immobilisierung oder das Einfangen von Zielmaterialien in einer festen Matrix, zum Beispiel in einer porösen Matrix, ein Verfahren zur Feststellung der Anwesenheit von Zielmaterial in einer Probe bereit. Wie vorher angegeben, beinhaltet das Verfahren das Einfangen oder auf andere Weise Immobilisieren von Zielmaterial/Präzipitierungsfarbstoff- oder Frequenzverschiebungsfarbstoff-Komplexen auf oder in einer festen Matrix. Beispielsweise können solche Komplexe in einer porösen Matrix eingefangen werden durch Bindung von Zielmaterial mit präzipitierendem Farbstoff oder durch Sammeln von Farbstoff/Zielmaterial-Komplexen auf oder in einer Sammelfläche oder porösen Matrix. Allgemein beinhaltet das Verfahren bei Verwendung präzipitierender Farbstoffe das Fortwaschen ungebundenen Farbstoffs, um die einfache Visualisierung oder eine andere Detektion zu ermöglichen, zum Beispiel eine Detektion unter Verwendung eines Geräts wie beispielsweise eines Spektralphotometers oder Fluorimeters. Bei Verwendung von Frequenzverschiebungsfarbstoffen ist lediglich die Benetzung, Probensammlung und Visualisierung erforderlich. Das Verfahren kann verschiedene Matrixmaterialien, Neutralisierungsmittel, Waschlösungen und/oder Benetzungslösungen und Farbstoffe, wie hier für andere Aspekte beschrieben, beinhalten.
Für die hier beschriebenen Verfahren, die präzipitierende Farbstoffe beinhalten, sind Azofarbstoffe, vorzugsweise Diazofarbstoffe, bevorzugt, die vorzugsweise mindestens eine und bevorzugt eine Vielzahl von Sulfonsäuregruppen, zum Beispiel 2, 3 oder 4 Gruppen aufweisen (die in Form des entsprechenden Salzes hergestellt sein können). Ein Beispiel ist der rote Farbstoff Ponceau-S, Sigma Chemical Co., St. Louis, Mo, (Chemical-Abstracts-Service-Registernummer 6226-79-5, (3-Hydroxy-4-[2-sulfo-4-(4-sulfophenylazo)phenylazo]-2,7-Naphthalindisulfonsäure, Tetranatriumsalz], HOC₁₀H₄(N=NC₆H₃(SO₃Na)(N=NC₆H₄SO₃Na))(SO₃Na)₂, FG 760,58). Ponceau-S ist in Wasser löslich, leicht löslich in Ethanol und unlöslich in Pflanzenölen. Es ist in Essigsäure bei Raumtemperatur stabil und wird in bevorzugten Ausführungsformen verwendet, um proteinartige Stoffe unter Verwendung einer Farbstoffkonzentration von etwa 0,1–1,0% (Gew./Vol.) in etwa 1–5% (Gew./Vol.) Essigsäure zu färben. Der Farbstoff kann durch Zugabe von 0,1 N NaOH oder durch überschüssige Waschlösung schnell entfernt werden. Die Begriffe "Azofarbstoff" und "Diazofarbstoff" haben die Bedeutungen, die in der Farbstoffindustrie allgemein akzeptiert sind. Der Begriff "sulfoniert" in Verbindung mit den Farbstoffverbindungen bezieht sich auf die Anwesenheit von Sulfonsäuresubstituentengruppen. Solche Gruppen können in Form des entsprechenden Salzes vorliegen.
Vorteilhafterweise bindet Ponceau-S rasch an Proteine und präzipitiert oder immobilisiert diese über die Färbung hinaus. Solch ein präzipitierender Farbstoff wird daher allgemein verwendet, um an Zielmaterial, z.B. Protein, zu binden und dieses in oder auf einer festen Matrix zu präzipitieren. In diesem Falle wird ungebundener Farbstoff im allgemeinen von Farbstoff/Protein-Komplexen abgewaschen, um eine visuelle Detektion von Probenprotein zu realisieren. Bei solchen Ausführungsformen bindet der Farbstoff an die feste Matrix nicht in solch einem Maß oder unter solchen Bedingungen, dass die Detektion von Farbstoff-Protein-Komplexen verhindert oder gestört wird.
Die Erfindung stellt ein Verfahren bereit zur Detektion von Protein auf einer festen Fläche. Vorzugsweise wird das Verfahren bei der Untersuchung auf Kontamination von Flächen, zum Beispiel Lebensmittelverarbeitungsresten, angewendet. Das Verfahren beinhaltet das Inkontaktbringen einer festen Fläche, zum Beispiel einer Metallfläche, mit einer Ponceau-S-Farbstofflösung unter Bedingungen, bei denen Ponceau-S-Farbstoff an Protein bindet. Die schnelle Bindung von Ponceau-S an Protein ermöglicht die Bindung von ausreichend Farbstoff an Protein selbst auf senkrechten Flächen. Vorzugsweise ermöglicht das Verfahren die sofortige Visualisierung von Protein gebundenem Farbstoff an der Fläche ohne weitere Bearbeitung. Falls gewünscht, kann das Verfahren darüber hinaus das Waschen der Fläche mit einer Waschlösung bereitstellen, die ungebundenen Farbstoff fortwaschen kann. Vorzugsweise wird der Farbstoff in einer Konzentration von 0,1–1,0% in verdünnter Essigsäure eingesetzt. Die Farbstofflösung und/oder eine Waschlösung kann ferner ein Neutralisierungsmittel enthalten, wie oben beschrieben.
In bestimmten anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Bindung von Farbstoff an Zielmaterial durch eine Farbänderung des Farbstoffs oder der Farbstofflösung detektierbar, zum Beispiel durch eine Frequenzver schiebung des Farbstoffs bei der Bindung (Farbänderung) an Zielmaterial oder einer Farbstofflösung durch Farbstoffabreicherung. Vorzugsweise beinhaltet eine autonome Probennahme-/Testvorrichtung einen Frequenzverschiebungsfarbstoff. Frequenzverschiebungsfarbstoffe ändern ihre Absorption oder Reflexion oder Emission bei Wechselwirkung mit Zielmaterial, wobei gebundener von ungebundenem Farbstoff unterschieden werden kann. Solche Farbstoffe können die einfache Detektion von Zielmaterial selbst ohne Trennung von gebundenem und ungebundenem Farbstoff ermöglichen, wodurch eine Waschlösung nicht erforderlich ist.
In bestimmten Ausführungsformen ist die Probenwaschung daher in der Lage, Probenmaterial, zum Beispiel Zielmaterial aus dem Sammelbereich oder der Sammelfläche des Probensammlers zu transportieren. Vorrichtungsausführungsformen, bei denen eine Flüssigphasenanalyse durchgeführt wird, setzen üblicherweise einen Lesebereich der Vorrichtung ein, der es ermöglicht, die Probenreaktion mit oder ohne Hilfe eines Gerätes wie beispielsweise eines Spektralphotometers sichtbar zu machen oder zu analysieren. Das Probenmaterial wird in den Lesebereich gewaschen oder alternativ in den Lesebereich auf dem Probensammler getragen.
Bei bestimmten anderen Ausführungsformen, die Frequenzverschiebungsfarbstoffe oder andere Farbstoffe einsetzen, bei denen eine Änderung in der Farbe zu detektieren ist, kann der Probensammler in einem unteren Gehäuse enthalten sein, das einen Schutz für den Probensammler gegenüber Kontamination vor dem Test bietet.
Darüber hinaus kann ein oberes Gehäuse mit dem unteren Gehäuse abdichtbar in Eingriff stehen, so dass die zwei Gehäuse während des Tests in Verbindung stehen. Der Probensammler ist vorzugsweise an dem oberen Gehäuse befestigt. In solchen Gehäusen, oder diese umfassend, kann eine Kammer oder ein Reservoir vorgesehen sein, um eine Wasch- oder eine Benetzungslösung oder einen kombinierten Probenbenetzungssignalerzeuger vorzuhalten, oder getrennte Reservoire, um jeweils einen Signalerzeuger und eine Benetzungslösung vorzuhalten. Eine Kammer kann ferner einen zerbrechbaren Schaft aufweisen, der an die Kammer angrenzt, der beim Brechen eine Öffnung freigibt, durch die die enthaltene Lösung in den Probensammler fließen kann und zur Auswertung weiter zu einem Lesebereich fließen kann. Die Benetzungslösung kann daher durch einen hohlen Schaft in einem Tupfer in der Vorrichtung fließen, durch die Tupferspitze zu dem/der Zielmaterialsammelkissen/Membran/Fläche fließen.
Frequenzverschiebungsfarbstoffe bieten selbst in Anwesenheit von ungebundenem Farbstoff eine einfache Detektion von gebundenem Farbstoff, wenn die Frequenzverschiebung groß genug ist, um beide zu unterscheiden. In Fällen, in denen ein Gerät zum Ablesen der Bindungsergebnisse verwendet werden soll, kann die Frequenzverschiebung im allgemeinen kleiner sein, als wenn eine visuelle Ablesung eingesetzt werden soll. Für die Ablesung mit Hilfe eines Gerätes beträgt eine Absorptionsverschiebung bei der Bindung (ausgedrückt als eine Wellenlängenverschiebung) mindestens 20 nm, besonders bevorzugt mindestens 50 nm, weiter bevorzugt mindestens 75 nm und am meisten bevorzugt mindestens 100 nm. Für die visuelle Ablesung beträgt die Absorptionsfrequenzverschiebung bei der Bindung mindestens 50 nm, besonders bevorzugt mindestens 75 nm, weiter bevorzugt mindestens 100 nm und am meisten bevorzugt mindestens 120 nm. Beispielsweise verschiebt sich eine Absorptionsspitze von COOMASSIE-Blau-Farbstoff unter sauren Bedingungen bei Bindung des Farbstoffes an Protein von etwa 465 nm zu etwa 595 nm. Für eine visuelle Ablesung ist es bevorzugt, wenn die Absorption eine Änderung der Farbe statt lediglich eine Änderung in der Schattierung hervorruft. Beispielsweise verändert sich das GELCODE^®-Reagenz bei Proteinbindung von bernsteinfarben zu blau. Eine Fluoreszenzemissionsverschiebung beträgt vorzugsweise mindestens 20 nm, besonders bevorzugt mindestens 40 nm, weiter bevorzugt mindestens 75 nm und am meisten bevorzugt mindestens 100 nm.
GELCODE^® beinhaltet kolloidalen COOMASSIE^®-G250-Farbstoff. Kolloidale COOMASSIE^®-Blau-Farbstoffe können auch wie im Stand der Technik beschrieben gebildet werden. Beispiele in Neuhoff et al., Electrophoresis 6: 427–448 (1985) und in Neuhoff et al., Electrophoresis 9: 255–262 (1988). Im allgemeinen verwenden diese Lösungen COOMASSIE-Blau-Farbstoff^® in einer sauren wässrigen Lösung mit Ammoniumsulfat oder Ammoniumeisensulfat. In einem Beispiel enthält die Lösung 0,1% Gewicht/Volumen (Gew./Vol.) COOMASSIE-Blau-G-250 in 2% Gew./Vol. Phosphorsäure und 6% Gew./Vol. Sulfat. In einer alternativen Lösung enthält der Farbstoff 10% Gew./Vol. Ammoniumsulfat und 20% Gew./Vol. Methanol. Vorzugsweise liegt der pH der Lösung zwischen 1 und 2 und die Ammoniumsulfat- oder Ammoniumeisensulfat-Konzentration liegt zwischen 2% und 15%, besonders bevorzugt zwischen 4 und 10%, am meisten bevorzugt zwischen 5 und 8% Gew./Vol.. Der pH sollte nicht so niedrig sein, dass die Farbstoffmoleküle rasch abgebaut werden und die Ammoniumsulfatkonzentration sollte so gewählt sein, dass die Lösung eine Farbe annimmt, die ist für die kolloidale Form charakteristisch, vorzugsweise liegt die Mehrzahl der Farbmoleküle als kolloidale Partikel vor, statt dass sie in freier Lösung vorliegen oder aus der Lösung ausfallen.
Eine andere Klasse von Frequenzverschiebungsfarbstoffen ist in der Literatur als "Proteinfehler"-Farbstoffe bezeichnet worden. Es wird angenommen, dass die Verschiebung in der beobachteten Absorptionsspitze bei Bindung von Proteinen auf eine Verschiebung im pKa einer ionisierbaren Gruppe oder Gruppen auf dem Farbstoff zurückzuführen ist. Diese Familie beinhaltet, ist jedoch nicht beschränkt auf die Triphenylmethanfarbstoffe wie beispielsweise Bromphenolblau, Bromkresolgrün und Tetrabromphenolblau. In einer Ausführungsform, die diese Klasse von Farbstoffen verwendet, betrifft die vorliegende Erfindung eine autonome Vorrichtung, die einen Probensammler zur Sammlung einer Probe aufweist, die ein Zielmaterial enthalten kann, und einen Signalerzeuger, der einen an das gesammelte Zielmaterial bindenden kontaktierbaren Farbstoff aufweist. In dieser Ausführungsform ist der Farbstoff entweder kovalent oder nichtkovalent an oder in der Nähe der Oberfläche des Probensammlers gebunden (9–12). Der Farbstoff könnte entweder direkt an das absorbierende Material gebunden sein oder an eine Membran gebunden sein, die die gesamte oder einen Teil der Probensammlerfläche bedeckt, wie in (9–11). Die Membran sollte verschiedene Eigenschaften aufweisen, um bei dieser Anwendung von Nutzen zu sein. Erstens sollte sie den Farbstoff entweder direkt durch nichtkovalente Kräfte binden oder eine Struktur aufweisen, die eine Modifikation ermöglicht, um die kovalente Anheftung eines Farbstoffes zu akzeptieren. Zweitens sollte die Membran etwas porös sein, wodurch sie den Durchtritt von überschüssigem Benetzungsmittel und anderer Solute zu dem absorbierenden Material ermöglicht. Drittens, da sie in Kontakt mit der auf Protein zu untersuchenden Fläche kommt, muss sie widerstandsfähig gegenüber exzessivem Scheuern sein. Beispiele für solche Materialien beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf Nylon, Rayon, andere Polyester, Zellulosenitrat und Zelluloseacetat.
Beispielsweise wird eine Nylonmembran kurz einer gepufferten Lösung von Bromphenolblau bei 5–500 μg/ml, vorzugsweise bei 50–300 μg/ml, am meisten bevorzugt bei 150–250 μg/ml ausgesetzt. Obwohl eine bevorzugte Formulierung dieses Puffers 0,8 M NaCl, 0,1 M Natriumcitrat, 0,04 M Essigsäure, 4,3% (Vol./Vol.) Ethanol (pH 2,2) ist, ist dies nicht beschränkend. Eine alternative Formulierung des Puffers ist 0,4 M NaCl, 0,1 M Zitronensäure, 4% Ethanol (pH 2,2). Die Membran wird dann in einem Puffer mit niedrigem pH-Wert gespült, um seine gelbe Farbe zu erhalten und wird dann getrocknet und ausgetrocknet bei Raumtemperatur aufbewahrt. Unter diesen Beschichtungs- und Lagerungsbedingungen ist die Anheftung des Farbstoffes an die Membran stabil. Die farbstoffhaltige Membran wird dann an der Sammelfläche des Probensammlers angeordnet und befindet sich in Verbindung mit einem absorbierenden Material, das in der Lage ist, Flüssigkeit aus einem Benetzungsmittel aufzunehmen, oder kann in Verbindung damit gebracht werden. Die Vorrichtung kann in Abhängigkeit von den Erfordernissen der jeweiligen Anwendung, z.B. abhängig von dem spezifischen verwendeten Farbstofftyp und der Art des zu untersuchenden Zielmaterials, in vielen möglichen strukturellen Konfigurationen konstruiert werden.
Die Vorrichtung kann, muss jedoch nicht, ebenfalls ein Benetzungsmittel enthalten. In einer solchen Ausführungsform ist das Benetzungsmittel in einem separaten Kompartiment der Vorrichtung enthalten (9). Alternativ kann das Benetzungsmittel in einem separaten Gehäuse der Vorrichtung aufbewahrt werden, zu dem durch Punktierung oder Entfernung eines Verschlusses (10) ein Zugriff erhalten wird. Die Benetzungslösung kann in einer Ampulle enthalten sein, die in dem Gehäuse enthalten ist. Darüber hinaus verwenden bestimmte Ausführungsformen der Erfindung einen vorbefeuchteten Probensammler, wie er beispielsweise in 11 dargestellt ist. Das Benetzungsmittel dient ein oder mehreren Zwecken, einschließlich: (1) es kann Mittel enthalten, die die Freisetzung des Zielmaterials von der Fläche des zu untersuchenden Materials erleichtert; (2) es kann Neutralisierungsmittel enthalten, die schädliche Wirkungen von beeinträchtigenden Materialien neutralisieren oder teilweise neutralisieren; und (3) es wird von einer solchen Zusammensetzung sein, das es die Frequenzverschiebung des Farbstoffes in Anwesenheit von Zielmaterial erleichtert. Bei Ausführungsformen, die diese Farbstoffe einsetzen, wird die (z.B. proteinhaltige) Ziellösung dem Farbstoff bei einem pH-Wert eben unterhalb desjenigen präsentiert, der die Farbänderung hervorruft. Für Bromphenolblau sollte die Benetzungslösung vorzugsweise bei pH 1,5–2,4, besonders bevorzugt bei pH 2,2 +/–0,2 gepuffert sein und ein Detergenz oder Detergenzien enthalten, um das Zielmaterial zu lösen, und ein oder mehrere Neutralisierungsmittel, wie unten beschrieben. Eine bevorzugte, jedoch nicht beschränkende Formulierung für solche eine Benetzungslösung ist 0,1 M NaCl, 0,5 M Zitronensäure, 4,5 mM Kaliumsulfit, 3 mM Natriumthiosulfat, 0,4% Natriumdodecylsulfat und 0,5% Tergitol (pH 2,2).
Wie für den Fachmann ersichtlich, werden bestimmte Ausführungsformen der Vorrichtung die Verwendung verschiedener Arten von Zielmaterial-Bindungsfarbstoffen, z.B. präzipitierender Farbstoffe oder Frequenzverschiebungsfarbstoffe, mit sich bringen. Beispielsweise können Ausführungsformen, die eine Waschung zum Abtransport des Probenmaterials von dem Probensammler einsetzen, mit einem Frequenzverschiebungsfarbstoff eingesetzt werden, müssen dies jedoch nicht. Solche Vorrichtungen können auch mit einem präzipitierenden Farbstoff eingesetzt werden, wo die Möglichkeit besteht, ungebundenen Farbstoff von an Zielmaterial gebundenem Farbstoff in oder auf dem Probensammler oder auf einer porösen Trennvorrichtung fortzuwaschen. In Übereinstimmung mit bestimmten hier beschriebenen Ausführungsformen, die eine Waschlösung in einem Reservoir in einem Probensammlerbereich oder oberen Gehäuse beinhalten, kann die Probe auf einem Probensammler gesammelt werden, in Kontakt gebracht werden mit dem Farbstoff, zum Beispiel aus einem Reservoir in dem Probensammlerbereich oder oberen Gehäuse oder durch Farbstoff, der in dem Probensammler vor der Probennahme enthalten war, und dann durch eine in einem Reservoir in dem Probensammlerbereich oder oberen Gehäuse enthaltene Waschlösung gewaschen werden. Vorzugsweise ist die Sammelfläche des Probensammlers bei solchen Ausführungsformen vorbefeuchtet.
Gleichermaßen kann eine Vorrichtung, bei der eine Farbstofflösung in einem mit einer Probennahmefläche kontaktierbaren Reservoir vorliegt (siehe z.B. 2 unten) mit einem Frequenzverschiebungsfarbstoff oder mit einem präzipitierenden Farbstoff eingesetzt werden. Bei jedem Farbstofftyp wird Probenmaterial übertragen, um den Farbstoff auf dem Probensammler zu kontaktieren. Im Falle eines Frequenzverschiebungsfarbstoffes wird die Farbstoffbindung an das Zielmaterial durch eine Farbänderung des Farbstoffes festgestellt, wenn der Farbstoff Zielmaterial in der Farbstofflösung oder auf dem Probensammler bindet, oder wenn Farbstoff aus der Lösung abgereichert wird, wenn Farbstoff an Zielmaterial in oder auf dem Probensammler bindet.
Die Begriffe "Probennahme-/Testvorrichtung" oder "autonome Probennahme/Testvorrichtung" weisen darauf hin, dass die Vorrichtung so konstruiert ist, dass alle Bestandteile für einen bestimmten Test innerhalb einer einzigen Vorrichtung zusammen mit einem Mittel für die Einführung einer Probe in die Vorrichtung bereitgestellt sind. Es kann jedoch bei bestimmten Ausführungsformen vorteilhaft sein, eine separate Vorrichtung für die Inkubation während des Tests oder für das Auslesen von Testergebnissen einzusetzen.
Mit "Probensammler" ist ein Vorrichtungsbestandteil (oder Bestandteile) gemeint, die es einem ermöglicht, die gesamte oder einen Teil einer Probe, die auf einer Fläche, in einer Lösung oder in einer zu untersuchenden Atmosphäre zugegen sein kann, zu erhalten. Beispielsweise kann der Probensammler ein absorbierendes Kissen, ein eine an seiner Oberfläche befestigte farbstoffhaltige Membran aufweisendes absorbierendes Kissen, oder ein Tupfer mit einem Schaft und einer absorbierenden Spitze sein. Der Schaft des Probensammlers oder des Probensammlerstabgehäuses kann hohl sein und kann ferner einen Auslass beinhalten. Alternativ kann der Probensammler/Tupfer die Form eines Q-Tip^® oder eines einfachen Kissens annehmen. Der Tupfer kann natürliche oder synthetische Materialien enthalten, solange eine Ablagerung einer Probe darauf erfolgen kann und die Farbstoffbindung an den Tupfer die Detektion der Zielsubstanz nicht stört und auf diese Weise die Detektion verhindert. Die Abwesenheit oder Verminderung solch einer Störung kann beispielsweise durch die Materialauswahl und/oder durch die physikalischen Zusammenhänge zwischen Vorrich tungsbestandteilen erreicht werden. Das Material kann sein, ist aber nicht beschränkt auf Schwamm, Mylar, Nylon, Dacron, Rayon, Porex, poröses Polypropylen, poröses Polyethylen, Glasfasern, Papier oder verschiedene andere gewobene oder verfilzte Fasern wie beispielsweise Nitrozellulose, Baumwolle, Wolle, Zellulose oder Kombinationen davon. In einer bevorzugten Ausführungsform, bei der der Tupfer einen Schaft beinhaltet, ist der Tupferschaft vorzugsweise hohl und ermöglicht es der Probenwasch- und/oder Farbstofflösung, das gesammelte Probenmaterial von dem Tupfer in eine Reaktions- und/oder Messkammer zu spülen, oder ermöglicht es einer Benetzungslösung, den Probensammler zu befeuchten. Der Tupfer kann zur Anwendung in einer vorbefeuchteten Form bereitgestellt werden, um die Solubilisierung und Aufnahme von Probenmaterial in den Probensammler zu unterstützen, oder kann leicht aus einem Reservoir innerhalb der Vorrichtung, das eine Benetzungslösung, z.B. in einer gesättigten absorbierenden Matrix, enthält, befeuchtet werden. Die Befeuchtungsflüssigkeit kann, abhängig von der Art des verwendeten Farbstoffs, ein Puffer, Wasser, Säure oder eine Base sein. Der Fachmann versteht sich auf die Auswahl einer kompatiblen Befeuchtungsflüssigkeit für den Farbstoff und das Zielmaterial, die bei einer bestimmten Art von Test beteiligt sind. Der Probensammler kann durch Kapillarwirkung, z.B. eine Kapillarröhre oder -röhren, funktionieren. Der Probensammler kann ein Pipettiermittel umfassen. Der Probensammler kann eine Kammer umfassen, die eine Probe aus einer Atmosphäre, beispielsweise die in einem geschlossenen Arbeitsraum enthaltene Atmosphäre, einfängt. Der Probensammler kann nahezu jede Form oder Kombination von Formen annehmen, z.B. eben, länglich, rechteckig, kreisförmig, elliptisch, zylindrisch, kugelförmig, kubisch, konisch etc. Vorzugsweise ist der Probensammler dahingehend ausgestaltet, es dem Anwender zu ermöglichen, Stellen in Ausrüstungsgegenständen, wie beispielsweise Lebensmittelverarbeitungs- oder Krankenhausausrüstungsgegenständen, zu erreichen, die schwer zugänglich sind. Der Probensammler ist daher vorzugsweise dazu ausgelegt, eine Erweiterung mit einem dünnen Querschnitt bereitzustellen, z.B. einer Querschnittsfläche von weniger als 2 Zoll², besonders bevorzugt weniger als 1 Zoll² und in bestimmten Ausführungsformen weniger als ½ Zoll². Solch eine Erweiterung weist vorzugsweise eine Länge von mindestens 2 Zoll, vorzugsweise mindestens 4, 6 oder 8 Zoll auf. Solch eine Erweiterung kann zum Beispiel durch einen Stiftgriff, einen Tupferschaft oder ein verlängertes Gehäuse oder Kombinationen davon bereitgestellt werden.
Der Begriff "Probensammlerbereich" bezieht sich auf eine strukturelle Anordnung, die einen Probensammler beinhaltet sowie auch zusätzliche Bestandteile beinhaltet, die es dem Probensammler ermöglichen, verschlossen zu werden oder an dem Rest der Vorrichtung befestigt zu werden, und kann auch ein oder mehrere Reagenzräume, beispielsweise ein Reservoir für eine Probenwaschlösung, beinhalten.
Mit "Probensammlerwaschvorrichtung" ist ein Vorrichtungsbestandteil (oder Bestandteile) gemeint, der die Entfernung der gesamten oder eines Teils der auf dem "Probensammler" vorhandenen Probe ermöglicht. Beispielsweise umfasst ein oberes Gehäuse oder Probensammlerbereich oder Probensammlerstab bei einigen Ausführungsformen eine Kammer als Reservoir, die eine Flüssigkeit enthält, wobei die Flüssigkeit wie gewünscht selektiv entlassen wird, gewöhnlich, um eine erhaltene Probe freizusetzen oder ungebundenen Farbstoff von Farbstoff/Zielmaterial-Komplexen abzuwaschen. In einer alternativen Ausführungsform kann das obere Gehäuse oder der Probensammlerbereich einen Behälter enthalten, beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf eine Ampulle oder eine Packung. Die Ampulle oder die Packung können eine Flüssigkeit wie oben beschriebenen enthalten, die selektiv freigesetzt werden kann. In einer alternativen Ausführungsform kann das obere Gehäuse oder der Probensammlerbereich zwei Behälter enthalten, beide oder einer von beiden umfassend, zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf, eine Ampulle oder eine Packung, die dieselbe oder verschiedene Flüssigkeiten oder trockene Substanzen enthält. In einer anderen Ausführungsform kann eine Flüssigkeit direkt in dem oberen Gehäuse oder Probensammlerbereich enthalten sein, und ein oder mehrere Behälter, die eine Flüssigkeit oder trockene Substanz (oder mehr als eine Flüssigkeit oder trockene Substanz) enthalten, können darin enthalten sein. Bei weiteren Alternativen kann der unteren Bereich des Gehäuses oder das untere Gehäuse eine Flüssigkeit enthalten, die verwendet wird, um die Probe vcn dem Probensammler zu waschen, zum Beispiel indem das Ende des Probensammlers in die Flüssigkeit ein geführt wird oder indem die Flüssigkeit auf andere Weise gegen oder durch den Probensammler gepresst wird.
Mit "Waschlösung" ist eine Lösung gemeint, z.B. eine wässrige Lösung, die in der Lage ist, ungebundenen Farbstoff von Farbstoff/Zielmaterial-Komplexen zu trennen und/oder Probenmaterialien von einem Probensammler an einen anderen Ort zu transportieren. Die Lösung kann auch die Funktion eines Benetzungsmittels ausüben, z.B. zur Befeuchtung eines Tupfers oder einer Sammelfläche im Vorgriff oder zur Erleichterung einer Probennahme. Eine Waschlösung zur Verwendung mit einem bestimmten Farbstoff enthält nicht solche Mengen von Mitteln, die die Bindung dieses Farbstoffs an Zielmaterial stören, so dass die Bestimmung der Zielmaterialbindung verhindert ist. Vorzugsweise sind keine solchen Mitteln anwesend, aber in einigen Fällen kann es wünschenswert sein, eine geringe Menge solch eines Mittels oder solcher Mittel zuzufügen, z.B., um die Bindung von Farbstoff an eine poröse Matrix zu minimieren, wodurch der Kontrast gefördert und die Detektion des Zielmaterials verbessert wird. Der Fachmann wird leicht in der Lage sein, eine geeignete Waschlösung für einen bestimmten Farbstoff auszuwählen. Bei Ausführungsformen, die Ponceau-S-Farbstoff einsetzen, sind die Waschlösung und/oder das Benetzungsmittel bevorzugt verdünnte Essigsäurelösungen, bevorzugt mit 0,1 bis 10% Essigsäure in Wasser, besonders bevorzugt 0,5 bis 5%, weiter besonders bevorzugt 1 bis 5% Essigsäure.
Unter "Benetzungsmittel" ist eine wässrige Lösung zu verstehen, die in der Lage ist, die Probe anzufeuchten und/oder Farbstoff zu hydratisieren, um die Detektion zu erleichtern. In diesem Zusammenhang entfernt das Benetzungsmittel keinen ungebundenen Farbstoff und ist daher keine Waschlösung.
Mit "Signalerzeuger" ist eine chemische Verbindung oder ein physikalischer Stimulus oder ein biologisches Mittel gemeint, dass eine messbare oder wahrnehmbare Antwort in Gegenwart eines Zielmaterials hervorruft; unter einer chemischen Verbindung wird ein chemischer Farbstoff, ein Enzym oder eine andere organische oder anorganische Struktur verstanden, die in der Lage ist, solch einer Antwort zu erzeugen.
Der Begriff "Zielmaterial bindender Farbstoff" oder "Farbstoff" bezieht sich auf eine Verbindung, die im Vergleich zur Bindung an andere Moleküle, die wahrscheinlich in einer Probe anwesend sein werden, bevorzugt an ein Zielmaterial in einer solchen Probe bindet. Der Farbstoff kann daher an andere Moleküle in einem Maß binden, das gleich oder größer ist als das für die Bindung an das Zielmaterial, diese anderen Moleküle sind aber solche, die die charakteristische Eigenschaftsänderung bei Bindung des Moleküls (z.B. eine Frequenzverschiebung) nicht hervorrufen und/oder grundsätzlich nicht in zu untersuchenden Proben anwesend sind, beispielsweise Proben, die bei der Untersuchung von Prozesskontaminationen zu untersuchen sind. Die bevorzugte Bindung muss nicht unter allen Umständen auftreten, tritt aber zumindest unter den Testbedingungen auf, die zur Anwendung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgewählt wurden. Die Farbstoffverbindung ist auch detektierbar unter Anwendung visueller oder spektroskopischer Mittel und absorbiert oder fluoresziert vorzugsweise bei sichtbaren Wellenlängen, um eine charakteristische Farbe zu ergeben. Die Bindung des Farbstoffs an Zielmaterial, z.B. Protein, führt vorzugsweise zu einer Farbänderung und/oder Präzipitation des Proteins, die sichtbar ist. Der Begriff "Protein bindender Farbstoff" bezieht sich daher zum Beispiel auf eine Verbindung, die vorzugsweise eher an Protein, Polypeptide oder Oligopeptide bindet als an andere Moleküle. Obwohl er in wässriger Form wirksam ist, kann der Farbstoff ursprünglich trocken sein und während des Testverfahrens hydratisiert werden, z.B. wenn er mit Benetzungs-/Waschlösung in Kontakt gebracht wird.
Unter "Frequenzverschiebungsfarbstoff" ist eine Zusammensetzung zu verstehen, die bei Wechselwirkung mit der zu detektierenden Substanz eine charakteristische, detektierbare Änderung im Lichtemissions- oder absorptionsspektrum des Farbstoffmoleküls zeigt. Vorzugsweise wird die Veränderung der Lichtabsorptionseigenschaften des Farbstoffmoleküls beobachtet. Änderungen in Absorptions- oder Emissionsspektren können z.B. das Auftreten oder die Steigerung von Absorptions- oder Emissionspitzen oder -banden, das Verschwinden oder die Verminderung von Absorptionsspitzen oder -banden oder Kombinationen davon beinhalten. Der Frequenzverschiebungsfarbstoff kann ein Protein bindender Farbstoff sein, der kolloidal ist, wie beispielsweise COOMASSIE^®-Blau-Farbstoff, vorzugsweise GelCode^®-Blau-Farbstoffreagenz, Pierce Chemicals, Rockford, IL, ein "Proteinfehlerfarbstoff" wie beispielsweise Bromphenolblau oder andere Farbstoffe, deren Spektren sich in Gegenwart von Farbstoff ändern.
Der Begriff "kolloidaler Farbstoff" bezieht sich auf einen Farbstoff, der sich in einem fein verteilten Zustand in einer Flüssigkeit befindet, so dass die festen Partikel des Farbstoffs im Bereich von 1 bis 1000 nm, vorzugsweise im Bereich von 1–100 nm und besonders bevorzugt im Bereich von 5–100 nm liegen. Dies bedeutet nicht, dass der gesamte in der Flüssigkeit vorhandene Farbstoff in Form solcher Partikel vorliegt, da der Fachmann erkennt, dass die kolloidale Form grundsätzlich im thermodynamischen Gleichgewicht mit gelöstem Farbstoff und/oder mit festen Farbstoffpartikeln steht, die größer als Kolloidgröße sind, z.B. größer als 1000 nm. Besonders vorteilhaft sind kolloidale Farbstoffe, bei denen die Menge von Farbstoff in kolloidaler Form ausreichend ist, um die Farbe der Farbstofflösung im Vergleich zu Lösungen, die dieselbe Menge Farbstoff enthalten, bei denen der Farbstoff jedoch in Lösung und/oder nicht in kolloidaler Partikel vorliegt, zu verändern. Bei bestimmten Ausführungsformen liegen mindestens 30% der Farbstoffmolekülpartikel in Kolloidgröße vor, vorzugsweise mindestens 50% und besonders bevorzugt mindestens 70% oder 90%. Wie vom Fachmann erkannt wird, kann der Übergang eines Moleküls von der löslichen in die kolloidale Form in einer flüssigen Lösung durch einen Anstieg in der Lichtstreuung der Lösung überwacht werden.
Bei Ausführungsformen, die einen Frequenzverschiebungsfarbstoff der Proteinfehlerfarbstofffamilie einsetzen, sind die Benetzungs- und/oder Waschlösung bei einem pH nahe demjenigen gepuffert, bei dem die Farbänderung auftritt. Für Bromphenolblau sind die Benetzungs- und/oder Waschlösung (falls anwesend) bevorzugt nahe pH 2 gepuffert. Bei und unter diesem pH ist der Farbstoff gelb, und mit steigendem pH ändert sich der Farbstoff zu blau/grün. In Gegenwart von Protein tritt die Farbänderung bei einem anomalen pH auf. Wenn es an Protein gebunden ist, ist Bromphenolblau daher bei pH-Werten nahe 2,0 eher blau/grün als gelb. Eine vernünftige Erklärung für diesen "Proteinfehler" besteht darin, dass die Bindung des Farbstoffs den pKa einer Gruppe oder von Gruppen erniedrigt, deren Ionisation das Absorptionsspektrum des Farbstoffs bestimmt, wodurch verursacht wird, dass die Farbänderung bei einem anomal niedrigen pH-Wert auftritt.
Der Ausdruck "Tupfer" wie er in den Ansprüchen verwendet wird, wird verwendet, um ein absorbierendes und/oder adhäsives Kissen zu bezeichnen, dass dazu dient, Proben-Zielmaterial vor oder gleichzeitig mit der Exposition gegenüber einem Signalerzeuger, d.h. einem Farbstoff, zu sammeln.
Unter "Neutralisierungsmittel" wird eine chemische Verbindung oder Lösung verstanden, die hilft, potentiell störende Verbindungen, die auf der zu untersuchenden Oberfläche oder in einem Benetzungsmittel zugegen sind, das in oder auf der Sammelfläche eines Probensammlers vorhanden ist, zu neutralisieren, wobei die Verbindungen die Farbstoffbindung an das Zielmaterial, z.B. Protein, stören können. Beispielhafte Neutralisierungsmittel beinhalten Natriumthiosulfat, Natriumsulfit, Natriummetabisulfit, Tween-20, Natriumsulfat, Natriumdocecylsulfat, Tergitol (nunmehr NiaProof Typ 4 genannt), MgCl₂ und Triton-X^® (Octoxynole; α-[4-(1,1,3,3,-Tetramethylbutyl)phenyl-ω-hydroxypoly(oxy-1,2-ethandiyl). Alle sind von Sigma, St. Louis, Mo, erhältlich. Triton-X^® kann vorzugsweise einer wirksamen Konzentration von etwa 0,01–0,5% Gewicht/Volumen verwendet werden. Natriumthiosulfat kann vorzugsweise bei der wirksamen Konzentration von etwa 0,01–1,0 mg/ml verwendet werden. MgCl₂ wird vorzugsweise in einer Konzentration von 0,2–20 mg/ml verwendet. Diese Neutralisierungsmittel können in irgendeine, in alle oder in eine Kombination aus den bereitgestellten Benetzungs-, Wasch-, Farbstoff- oder Probenlösungen aufgenommen werden. Ein Fachmann wird erkennen, dass ersatzweise andere Neutralisierungsmittel verwendet werden können, vorausgesetzt, dass sie den Signalerzeugungsmechanismus und die Messung nicht wesentlich stören, und wird verstehen, welche Neutralisierungsmittel für eine bestimmte Anwendung geeignet sind, und kann durch einfache Tests feststellen, ob eine potentielle Verbindung geeignet ist.
Daher wird unter "neutralisieren" verstanden, eine potentielle störende Verbindung, die auf der Probenfläche zugegen ist, zu inaktivieren, ohne die Funktion des Signalerzeugers in Verbindung mit dem Zielmaterial und der übrigen Vorrichtung wesentlich zu stören.
Unter "wirksamer Konzentration" ist eine gemeint, die die beabsichtigte oder gewünschte Wirkung, z.B. die gewünschte neutralisierende Wirkung, ganz oder teilweise bietet.
Der Begriff "nimmt teil", wie er in den Ansprüchen verwendet wird, bezeichnet eine Unterstützung bei der Bewegung und/oder Ansammlung von Zielmaterial auf den Probensammler, beispielsweise durch Vorbefeuchtung eines absorbierenden Sammeltupfers oder -kissens.
Unter "Lesebereich" ist ein bestimmter Abschnitt des Vorrichtungsgehäuses gemeint, wo eine Lesung oder Messung oder Detektion vorgenommen werden kann.
Der Begriff "nacheinander" bedeutet eine zeitliche Reihenfolge, schließt jedoch die Verwendung von Waschlösung als Benetzungsmittel für einen Probensammlertupfer zum Auftakt der Exposition gegenüber dem Farbstoff nicht aus. Die Waschlösung kann daher zweimal verwendet werden, sowohl vor als auch nach dem Farbstoff.
Die Begriffe "kontaktiert", "in Kontakt gebracht mit", "in Kontakt gebracht durch" oder "bei Kontakt mit" bezeichnen die direkte oder indirekte Berührung eines Objekts mit einem anderen. Bei bestimmten Ausführungsformen wird der Kontakt durch eine durchstechbare Membran vermittelt, die durch den Probensammler zerreißbar ist, um die Färbung und Waschung eines auf dem Probensammler präsentierten Zielmaterials zu bewirken.
Der hier verwendete Begriff "absondern" bezeichnet eine Trennung und/oder Einkapselung, die bei geeigneter Stimulation, zum Beispiel dem Durchstechen einer Membran durch einen Probensammler, aufgehoben werden kann, um die Mischung von Bestandteilen von jeder Seite der Membran zu ermöglichen.
Unter "stabil verpackt" wird verstanden, dass der Farbstoff oder ein anderer Signal erzeugender Bestandteil bei Lagerung bei 4°C vor der Verwendung für längere Zeitdauern, zum Beispiel ein Jahr oder mehr, aufbewahrt werden kann und bei Aktivierung immer noch ein Signal bereitstellt. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Signalerzeugungsmittel, das z.B. eine kolloidale Farbstofflösung umfasst, innerhalb einer verschlossenen Glasampulle stabil verpackt. Die Ampulle kann aus Borosilikatglas, z.B. Pyrex^®, bestehen. Sie kann eine Glasampulle vom "Zwiebelschalen"-Typ sein. In anderen Ausführungsformen ist ein Signal erzeugender Bestandteil, z.B. ein Farbstoff, mittels einer Membran oder Membranen in einer Kammer eingeschlossen.
Wie der Fachmann erkennt, hängt die Stabilität eines Farbstoffmoleküls von den Lagerungsbedingungen ab, so dass die Form der Lagerung je nach Eignung für einen bestimmten Farbstoff variiert werden kann. Wenn der Farbstoff in der Testlösung ausreichend stabil ist, kann die Farbstofflösung als einzelne Lösung in der Vorrichtung verpackt werden. Wenn der Farbstoff nicht ausreichend in der Testlösung stabil ist, kann alternativ die Stabilität verbessert werden, indem der Farbstoff getrennt von einer oder mehreren anderen Verbindungen der Testlösung in der Vorrichtung verpackt wird, bis eine Mischung gewünscht ist. Daher können zum Beispiel der Farbstoff und/oder Bestandteile, die die Farbstoffstabilität vermindern, innerhalb der Vorrichtung durch irgendeines von verschiedenen Verfahren getrennt werden, beispielsweise durch Verwendung getrennter Reservoire oder Kapseln oder Ampullen oder Trennvorrichtungen oder Kombinationen davon, so dass eine oder mehrere zerrissen, gebrochen oder geöffnet werden können, um die Mischung verschiedener Bestandteile zu einer gewünschten Zeit oder Zeiten zu ermöglichen.
Unter "Trennvorrichtung" wird (werden) ein(e) Vorrichtungsbestandteil(e) oder -struktur zur Trennung von zwei Bereichen der Vorrichtung verstanden, z.B. um den Bereich, der den Probensammler enthält, von dem Bereich zu trennen, in dem die Detektion durchgeführt wird, bis die Einführung von Probe in den Detektionsbereich (Lesebereich) gewünscht ist, oder zur Trennung einer Probe auf dem Probensammler von einer Farbstofflösung, bis ein Kontakt zwischen der Probe und dem Farbstoff gewünscht ist. Beispielsweise kann eine Trennvorrichtungen ein Filter aus porösem Kunststoff oder hydrophobem Material sein, wobei die Porosität jedoch nicht so ist, dass die Probe ohne Einwirkung einer anderen Kraft als der Gravitationskraft auf die Probe durchfiltrieren würde. Als weitere Beispiele kann die Trennvorrichtung ein Einwegventil oder eine punktierbare Membran oder ein(e) zerbrechbare(s) oder zerreißbare(s) Reservoir, Kapsel oder Ampulle sein.
Ein "Reservoir" kann ein Napf, eine Ampulle, eine Ausnehmung, ein Hohlraum oder eine Kammer sein, der/die in der Lage ist, eine Flüssigkeit oder einen Feststoff vorzuhalten. Solch ein Reservoir kann durch ein starres, weiches oder flexibles Gehäuse wie beispielsweise einen Kunststoff ummantelt oder eingekapselt sein. Ein Reservoir kann ein absorbierendes Kissen enthalten, dass mit einer Lösung oder Lösungen, z.B. Zielmaterial, Farbstoff, Waschlösung, Benetzungsmittel oder Kombinationen davon gesättigt ist oder in der Lage ist, solch eine Lösung oder Lösungen zu absorbieren. Solch ein absorbierendes Material ist vorzugsweise in einer Senke, einem Hohlraum, einer Kammer, Höhlung oder dergleichen eines Gehäuses angeordnet.
Vorzugsweise werden der Farbstoff und die Testbedingungen so ausgewählt, dass bei Raumtemperatur innerhalb einer Stunde, bevorzugt innerhalb von 30 Minuten oder 20 Minuten, besonders bevorzugt innerhalb von 10 Minuten oder fünf Minuten und am meisten bevorzugt innerhalb von weniger als einer Minute ein ablesbares Ergebnis bereitgestellt wird. Solche schnellen Ergebnisse sind besonders vorteilhaft für die Felduntersuchung von sanitären Einrichtungen, Lebensmittelzubereitungsbereichen in Restaurants, Operationssälen in Krankenhäusern, Arztpraxen oder Tierarztpraxen und Untersuchungsräumen sowie die Laborhygieneüberwachung, da die Rückhaltung von Proben für lange Zeitdauern nicht erforderlich ist und die Stabilität oder Übereinstimmung der Messung des abgeschlossenen Tests verbessert ist.
Wie oben angegeben, ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an die Proteinbestimmung angepasst und bietet daher eine rasche und bequeme Untersuchung von Oberflächen oder Lösungen auf Verunreinigung durch proteinhaltige Substanzen. Die Anwesenheit von Protein kann ein guter Indikator auf Verunreinigungen durch Lebensmittelreste sein, die nach Abschluss von Reinigungsverfahren zurückbleiben, da Protein ein Bestandteil von vielen Lebensmittelprodukten ist. Beispielsweise ermöglicht die Vorrichtung in einer Anwendung die Untersuchung von Oberflächen in Lebensmittelproduktionsstätten, Supermärkten und Restaurants, um sicherzustellen, dass Reinigungsverfahren nach der Lebensmittelverarbeitung wirksam gewesen sind. In anderen Anwendungen würde die Vorrichtung sicherstellen, dass nach der Untersuchung von Patienten oder der Untersuchung von Proben eine angemessene Reinigung von Untersuchungsausrüstungsgegenständen oder -flächen in Krankenhaus- oder tierärztlichen Operationssälen, Untersuchungsräumen oder auf Laborflächen durchgeführt wurde.
Bestimmte Ausführungsformen setzen einen Farbstoff ein, der in der Lage ist, Protein sowohl auszufällen als auch zu färben, z.B. Ponceau-S. Ponceau-S ist aufgrund seiner Färbgeschwindigkeit sowie seiner Fähigkeit, Protein sowohl zu färben als auch auszufällen, besonders geeignet. Andere Ausführungsformen verwenden Frequenzverschiebungsfarbstoffe wie beispielsweise Bromphenol, die ihre Farbe in Gegenwart von Zielmaterial rasch ändern. Weitere Ausführungsformen sind langsamer und verwenden kolloidale Proteinbindungsfarbstoffe über eine integrierte Einzelschritt-Probennahmetestvorrichtung mit visuell unterscheidbaren Farbveränderungen in Gegenwart von kleinen Mengen von Proteinmaterial, z.B. kolloidales COOMASSIE^®-Blau, wie es beispielsweise im GelCode^®-Blau-Farbstoffreagenz zu finden ist. Kolloidales COOMASSIE-Blau vermittelt eine geeignete Spektrums- oder Farbverschiebung in Gegenwart von Protein.
Unter "Protein" sind Peptid-Polymere (d.h. Polymere von Aminosäuren) gemeint und schließt daher Oligopeptide, zellulär hergestellte Vollängen-Polypeptide, abgebaute zelluläre Polypeptide, Komplexe aus Polypeptiden sowie mit anderen Molekülen assoziierte Polypeptide ein.
Bei bestimmten Ausführungsformen können die Ergebnisse eines Tests, der die Vorrichtung einsetzt, visuell abgelesen werden. In anderen Ausführungsformen kann das Ergebnis in einem Gerät abgelesen werden, beispielsweise einem Spektralphotometer, Fluorimeter oder Kolorimeter. Diese Vorrichtungen sind am besten für Anwendungen geeignet, die Frequenzverschiebungsfarbstoffe einsetzen.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung einen Probensammler und eine stabil verpackte Kombination aus Probenbehandlung, Probenwaschung und Signalerzeuger, die vorzugsweise eine leichte visuelle Interpretation ermöglicht.
Unter "Kombination aus Probenbehandlung, Probenwaschung und Signalerzeuger" sind Bestandteile oder Strukturen zur Beinhaltung eines ein Zielmaterial bindenden Farbstoffs zu verstehen, der Proteine vorzugsweise entweder präzipitiert oder färbt, oder beim Kontakt mit Protein anderweitig eine Frequenzverschiebung erzeugt, z.B. kolloidale Farbstoffe, Proteinfehlerfarbstoffe. In jedem Fall ist der Farbstoff an den Probensammler gebunden oder die Farbstofflösung kann willentlich freigesetzt werden, um eine Probe auf oder von dem Probensammler zu waschen, wodurch die Anwesenheit, Abwesenheit oder Menge von anwesendem Protein signalisiert wird. In bevorzugten Ausführungsformen sammelt sich die Lösung in einem Lesebereich der Vorrichtung. Die Farbstofflösung oder das Benetzungsmittel können die Probe auch in einer gewünschten Weise behandeln, z.B., durch Solubilisieren oder Permeabilisieren von Zellwänden und/oder Membranen von Mikroorganismen (z.B. Bakterien und Pilze) oder anderer Zellen.
Unter "fixieren" ist zu verstehen, dass das Diffundieren von Zielmaterial oder dessen anderweites Verlassen der porösen Matrix, in die es eingetreten oder in der es enthalten ist, in Anwesenheit von präzipitierendem Farbstoff, z.B. Ponceau-S, im Vergleich zu Zielmaterial/Matrix in Abwesenheit von Farbstoff verlangsamt ist oder aufgehalten wird.
Andere spezifische Anwendungen der Erfindung beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf folgendes: die Untersuchung von Flächen auf andere Arten von Verunreinigungen wie beispielsweise Kohlenhydraten, Lipide und Mikroorganismen; die Untersuchung von flüssigen Lösungen auf die Anwesenheit von Proteinen, Kohlenhydraten, Lipiden und Mikroorganismen; die Untersuchung von Luft oder Gas auf Proteine, Kohlenhydrate, Lipide und Mikroorganismen; und die Untersuchung von andere Materialien wie beispielsweise Dreck, Pflanzenmaterial, hergestellte Artikel, Gewürze, Pulver, Chemikalien, Schutt und andere Arten von Proben, die dem Fachmann bekannt sind für solche Verunreinigung wie Protein, Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsäuren und Mikroorganismen, Toxine, Gifte, Nebenprodukte, Verfälschungsmittel und andere Materialien, die vom Fachmann erkannt werden und in der Lage sind, an Farbstoffe oder Liganden zu binden, die in kolloidalen oder anderen Formen eingekapselt werden können, die solche Reagenzien absondern oder enthalten, so dass die Reaktion mit spezifischen Zielmaterialien zu schnellen, feststellbaren, unterscheidbaren Veränderungen führt oder dazu angeregt werden kann.
In Übereinstimmung mit der Bereitstellung von oben beschriebenen Probennahme-/Testvorrichtungen stellt die Erfindung in einem anderen Aspekt ein Verfahren zur Herstellung solch einer Testvorrichtung durch Ablagerung eines Zielmaterial bindenden Farbstoffes, vorzugsweise eines Farbstoffs vom Präzipitationstyp oder Frequenzverschiebungstyp, innerhalb eines Reservoirs in einer autonomen Probennahme-/Testvorrichtung oder auf oder in einer mit der Probe in Kontakt zu bringenden Fläche (z.B. Membran, Kissen etc.).
Wie oben angegeben, kann die Farbstofflösung für Ausführungsformen der Vorrichtung, die einen Probensammlerbereich und ein Gehäuse beinhalten, in einem Reservoir in dem Probensammlerbereich oder alternativ in dem Gehäuse abgelagert werden. Bei Ausführungsformen, bei denen die Vorrichtung ein oberes Gehäuse und ein unteres Gehäuse beinhaltet, kann sich das Reservoir in dem oberen Gehäuse oder alternativ in dem unteren Gehäuse befinden. Der verwendete Farbstoff ist vorzugsweise ein präzipitierender Farbstoff wie beispielsweise Ponceau-S. Alternativ wird ein Frequenzverschiebungsfarbstoff wie beispielsweise ein Proteinfehlerfarbstoff, Bromphenolblau, oder ein kolloidaler Farbstoff wie beispielsweise kolloidales COOMASSIE^®-Blau verwendet, der bei Kontakt mit Protein eine Frequenz- und Farbverschiebungsänderung zeigt.
In einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Detektion der Anwesenheit einer Substanz, d.h. eines Zielmaterials, unter Verwendung einer Probennahme-/Testvorrichtung wie oben beschrieben bereit. In dieser Ausführungsform beinhaltet das Verfahren daher das Erhalten einer Probe, die die zu detektierende Substanz (d.h. das Zielmaterial) enthalten kann, auf oder in dem Probensammler. Abhängig von der Art der Probe kann dies beispielsweise das Abwischen einer Fläche, Ablagern einer solubilisierenden oder Suspensionsflüssigkeit auf einer Fläche und das anschließende Aufnehmen mindestens eines Teils der Flüssigkeit, oder das Aufnehmen einer Flüssigkeitsprobe aus einer großen Menge Flüssigkeit, beispielsweise durch Pipettieren oder in einer Kapillarröhre oder durch Befeuchten eines absorbierenden Materials, beinhalten. Die Probe wird mit einem Zielmaterial bindenden Farbstoff, z.B. einem präzipitierenden Farbstoff oder einem Frequenzverschiebungsfarbstoff, wie oben beschrieben innerhalb der Vorrichtung in Kontakt gebracht, und die Anwesenheit von Zielmaterial in der Probe wird detektiert durch Feststellen des Auftretens einer Farbänderung des Farbstoffs, z.B. einer Frequenzverschiebung des Farbstoffs, durch Beobachten einer visuell detektierbaren Änderung in der Farbe oder Schattierung der Farbstofflösung im Anschluss an den Kontakt mit der Probe, oder durch Auslesen einer Änderung oder von Änderungen in einem Absorptions- oder Emissionsspektrum des Farbstoffs in einem Lesegerät im Anschluss an den Kontakt mit der Probe, oder durch Detektieren der Anwesenheit von gebundenem Farbstoff auf oder in einer Matrix, die Farbstoff/Zielmaterial-Komplexe immobilisiert, die es aber ermöglicht, ungebundenen Farbstoff z.B. durch Abwaschen abzutrennen.
Insbesondere wird ein Verfahren zur Hygieneuntersuchungen bereitgestellt, bei dem eine wie oben beschriebene Vorrichtung verwendet wird, um die Anwesenheit von Verunreinigungen auf oder von einer Fläche oder in Lösungen, wie beispielsweise nach Reinigungsprozeduren auf einer Fläche, festzustellen. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren die Untersuchung der Kontamination von Flächen oder Lösungen in Lebensmittel verarbeitenden Einrichtungen wie beispielsweise Lebensmittel herstellenden Betrieben, Restaurants, Krankenhäusern, Laboratorien, Arztpraxen, Ambulanzen, oder tierärztlichen Krankenhäusern. In bevorzugten Ausführungsformen ist die zu detektierende Verunreinigung ein Proteinrest.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind allgemein so konstruiert, dass eine zu untersuchende Probe auf oder in einem Probensammler erhalten werden kann. Die Vorrichtung ist so konstruiert, dass alle verbleibenden Schritte, die bei der Feststellung der Anwesenheit eines Zielmaterials in der Probe beteiligt sind, im Anschluss an die Platzierung des die Probe tragenden Probensammlers in dem Gehäuse ohne weitere Zugabe von Testbestandteilen ausgeführt werden können. Diese Beschreibung beschreibt allgemein Ausführungsformen, die einen präzipitierenden oder Frequenzverschiebungsfarbstoff beinhalten, ist aber ebenso auf die Verwendung Zielmaterial bindender Farbstoffe allgemein anwendbar.
Die Bestandteile der Vorrichtungen sind daher so angeordnet, dass die Probe oder zumindest ein für die Detektion auf die Anwesenheit von Zielmaterial ausreichender Teil der Probe mit einem Farbstoff in Kontakt gebracht wird. Die Mischung ist in einem Bereich der Vorrichtung, wo die Ergebnisse gelesen werden können, z.B. visuell oder in einem Spektralphotometer, einem Fluorimeter oder einem anderen Lesegerät, anwesend oder wird dahin transferiert. Spezifische Ausführungsformen sind unten und in den Figuren mit Vorrichtungselementen, die in bestimmter Weise angeordnet sind, beschrieben. Es ist jedoch klar, dass die Erfindung auch Vorrichtungen mit Elementen betrifft, die auf andere Arten ausgewählt und angeordnet sind, um das obige Verfahren auszuführen. Daher kann die Farbstofflösung z.B. so angeordnet sein, dass sie als Waschlösung zum Transport von Probe von dem Probensammler in den Reaktionslesebereich transportiert wird, die Probe kann direkt der Farbstofflösung zugeführt werden (z.B. durch Pipettieren einer flüssigen Probe in die Farbstofflösung oder durch Einführen des die Probe tragenden Bereichs des Probensammlers in die Farbstofflösung), oder eine Waschlösung kann Probe von dem Probensammler in die Farbstofflösung tragen. Angesichts der vorliegenden Beschreibung wird der Fachmann verstehen, wie die ausdrücklich beschriebenen Ausführungsformen verändert werden können, um jedes dieser und andere Formate bereitzustellen.
Die in den 1–5 beschriebenen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik sind besonders angepasst zur Verwendung mit präzipitierenden Farbstoffen, die in den 6–8 beschriebenen Ausführungsformen sind besonders angepasst zur Verwendung mit Frequenzverschiebungsfarbstoffen wie beispielsweise kolloidales Coomassie-Blau und die in den 9–12 beschriebenen Ausführungsformen sind besonders angepasst zur Verwendung von Frequenzverschiebungsfarbstoffen vom "Proteinfehler"-Typ, wie beispielsweise Bromphenolblau.
Bezug nehmend auf 1: Die Vorrichtung nach dem Stand der Technik beinhaltet ein Kunststoffgehäuse (3) mit drei Näpfen. Einer enthält den Zielmaterial bindenden Farbstoff (5) und ein absorbierendes Farbstoffkissen (4). Der zweite Napf enthält nur ein absorbierendes Kissen (6). Der dritte Napf, von den beiden anderen durch ein Gelenk getrennt, enthält ein absorbierendes Kissen (1) und Waschlösung(en). Das Gehäuse (3) wird durch einen Folienverschluss (9) abgedeckt, der vor dem Einsatz entfernt wird. Ein separater Probensammlerstift (1) beinhaltet ein Probensammelkissen (2). Das Probensammelkissen (2) wird befeuchtet, indem es mit dem Waschlösungskissen (7) in Kontakt gebracht wird. Der Probensammlerstift (1) wird dann verwendet, um eine Probenfläche, z.B. eine Lebensmittelkontakt-Probenfläche, abzutupfen, wodurch Lebensmittelreste entfernt und in das Probensammelkissen (2) aufgenommen werden. Der Probensammlerstift (2) wird in dem Vorrichtungsgehäuse (3) platziert und mit dem Farbstoffkissen (4) für wenige Sekunden in Kontakt gebracht, um Farbstoff (5) auf das Probensammelkissen (2) zu übertragen. Der Probensammlerstift (1) wird dann auf dem absorbierenden Kissen (6) platziert und das Waschlösungskissen (7) wird gegen die Rückseite des Probensammelkissens (2) gepresst. Der Druck wird für einige Sekunden aufrecht erhalten, um es zu ermöglichen, dass Waschlösung durch das Probensammelkissen (2) in das absorbierende Kissen (6) gezogen wird, um ungebundenen Farbstoff zu entfernen. Das Probensammelkissen (2) wird dann auf Anwesenheit von Farbe auf seiner Oberfläche untersucht. Die Anwesenheit von gefärbtem Farbstoff zeigt die Anwesenheit von zielbindendem Material an. In dieser Ausführungsform ist das Probensammelkissen so gewählt, das Zielmaterial auf und/oder in dem Kissen während des Waschschritts in der Kissenmatrix immobilisiert bleibt.
Bezug nehmend auf 2: Die Vorrichtung nach dem Stand der Technik beinhaltet einen Probensammlerstift (1) und eine Reihe von drei Reservoiren in einem/einer Gehäuse/Reagenzschale (17). Ein Reservoir enthält Benetzungs- oder Waschmittel/-lösung (14), die eingesetzt wird, um den Probensammlerstift vor dem Abtupfen der Fläche zu befeuchten. Das zweite Reservoir enthält das Farbstoffreagenz (15). Das dritte Reservoir enthält ein/eine Waschmittel/-lösung, die mit dem Benetzungs-/Waschmittel (16) identisch sein kann oder auch nicht. Die Reagenzien sind in absorbierenden Kissen (18) am Boden der einzelnen Näp fe/Reservoire angeordnet. Die Reagenzschale (17) ist mit einem Folienverschluss (19) abgedeckt, der vor der Verwendung entfernt wird. Der Probensammlerstift (10) umfasst eine Sammelfläche (11), die an ein absorbierendes Kissen (3) angrenzt und die zwei Teile werden durch ein Kissengehäuse (12) an ihrem Platz gehalten. Der Test wird durchgeführt durch Befeuchteten der Sammelfläche (11) auf dem Probensammler/Stift (10) in dem Benetzungs-/Waschmittel (14). Die zu untersuchende Fläche wird dann abgewischt und die Probe auf der Sammelfläche (11) wird dann mit dem Farbstoff (15) in Kontakt gebracht und überschüssiger Farbstoff wird dann abgewaschen, wenn die Fläche anschließend in dem Waschnapf (16) platziert wird. In jedem Fall werden der Farbstoff und die Waschmittel durch Absorption in eine absorbierende Füllung oder absorbierendes Material (13) zu/durch die Sammelfläche transportiert.
Bezug nehmend auf 3: Die Reaktionsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik ist im wesentlichen dieselbe wie in 2; der Probensammler (20) liegt jedoch in Form eines Stabes statt eines Stifts vor, wobei die Fläche des Sammelkissens (23) von einem absorbierenden Material (22), das von dem Stabgehäuse (21) ummantelt ist, getrennt, aber dazu benachbart sein kann . Alternativ erstreckt sich das absorbierende Material des Sammelkissens (23) in das Gehäuse (21) hinein und stellt einen Absorptionssog bereit. Andererseits wird diese Ausführungsformen in Bezug auf die Benetzung der Sammelfläche, die Behandlung der Probe mit dem Farbstoff und den Einsatz von Waschreagenz zur Entfernung überschüssigen Farbstoffs in derselben Weise wie in 2 behandelt.
Bezug nehmend auf 4: Die Vorrichtung verwendet den Probensammlerstab wie in 3, wobei es jedoch ein Reagenzgehäuse (34) mit 2 statt 3 Näpfen aufweist. Der erste Napf enthält das Benetzungsreagenz (35), das zur Befeuchtung der Fläche des Sammelkissens (33) verwendet wird, und der zweite Napf besitzt zwei vertikal angeordnete Kompartimente, wobei der Farbstoff (36) auf der Waschlösung (37) angeordnet ist. Der Farbstoff liegt in trockener Form auf einer zerbrechbaren Membran (36a) vor. Im Anschluss an den Kontakt mit dem Farbstoff wird die Membran (36a) mit dem Probensammlerstab durchstoßen und Waschlösung (37) wird in und durch das Sammelkissen (33) absorbiert.
Bezug nehmend auf 5: Diese Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist eine Ausführungsform, bei der die Reagenzien sowohl in einer/einem Reagenzschale/Gehäuse (46), die/das in Form und Funktion einer Kappe vorliegt, als auch im Innern des Probensammlerstab (40) vorliegen. Die/Das Reagenzschale/Gehäuse (46) passt bei dieser Ausführungsform als entfernbare Kappe auf das Ende des Probensammlerstabs (40). Die Sammelkissenfläche (45) wird mit Benetzungsmittel (51) vorbefeuchtet. In der beispielhaften Form wird die Sammelkissenfläche (45) durch das Ende des Gehäuses (46) der Reagenzienröhre mit einer zerbrechlichen Membran (47) abgedeckt, die die Sammelfläche (45) vor dem Farbstoff (48) in einem absorbierenden Kissen (49) schützt. Der Probensammlerstab (40) wird von dem Reagenzröhrengehäuse (46) entfernt und eingesetzt, um die Probe zu sammeln. Das Reagenzröhrengehäuse (46) wird dann auf den Probensammlerstab (40) zurückgesetzt, nachdem er um 180 Grad gedreht wurde, und dieselbe Seite der Kappe wird unter Einsatz einer Ausrichtungsführung (42) auf den Probensammlerstab gesetzt. Die Sammelkissenfläche (46) durchstößt eine anfängliche Barriere (47) wobei sie mit dem Farbstoff (48) in Kontakt kommt und eine Menge des Farbstoffs auf der Sammelfläche (45) aufnimmt. Anschließend wird der Probensammlerstab (40) auf das andere Ende der Kappe gesetzt, an welcher Stelle der zerbrechbare Verschluss (43) in dem Probensammlerstabgehäuse (41) zerbrochen wird, was es dem Waschreagenz (44) in dem Probensammlerstab (40) ermöglicht, durch die Fläche des Sammelkissens (45) in das absorbierende Material (50) in der/dem Kappe/Reagenzschalengehäuse (46) zu wandern.
Dies wäscht überschüssigen Farbstoff wirksam fort, so dass nur der Farbstoff, der auf der Sammelfläche verbleibt, Farbstoff ist, der aufgrund der Bindung an Zielmaterial, z.B. Protein, immobilisiert worden ist.
Bezug nehmend auf 6: Diese Ausführungsform einer Vorrichtung (60) nach dem Stand der Technik beinhaltet einen Probensammlerbereich oder ein oberes Gehäuse (61), ein Farbstoffreservoir (62), das den Zielmaterial bindenden Farbstoff (70) enthält; eine in Verbindung mit dem hohlen Tupferschaft (66) stehende Öffnung (64), die durch Abbrechen des Schnappverschlusses (68) freigelegt wird; ein Gehäuse (74); eine absorbierende Tupferspitze (72); und eine untere Lesekammer oder Lesebereich (76).
Bezug nehmend auf 7: Eine andere Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik beinhaltet ein oberes Gehäuse (80), ein oberes Barrieremittel (81) zwischen dem oberen Gehäuse (80) und dem unteren Abschnitt (82) eines unteren Gehäuses (87). Das obere Gehäuse (80) und obere Barrieremittel (81) bilden eine Kammer (88). Ein Probensammler (83) ist an dem oberen Gehäuse angebracht. Der untere Bereich des unteren Gehäuses (87) bildet einen Lesebereich (85).
Bezug nehmend auf 8: Diese Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung ist wie die in 6, mit der Ausnahme, dass das Farbstoffreservoir (62) eine Waschlösung (71) enthält, die keinen Farbstoff enthält. Das Gehäuse enthält eine Folienbarriere (78) (d.h. eine Trennvorrichtung), die das Gehäuse in einen oberen Abschnitt (73) und einem unteren Abschnitt (75) teilt. Der untere Abschnitt enthält einen trockenen Farbstoff (79) und bildet eine abdichtende gleitfähige Verbindung mit dem oberen Abschnitt (73). In dieser Ausführungsform können andere Arten von Barrieren verwendet werden, um zu verhindern, dass die Waschlösung den Probensammler wäscht, bevor eine solche Waschung erwünscht ist. Gleichermaßen können andere Arten von Trennvorrichtungen verwendet werden, um das Gehäuse in obere und untere Abschnitte zu teilen. Ebenso kann der Farbstoff in dem unteren Abschnitt eine Farbstofflösung oder -suspension statt eines trockenen Farbstoff sein. Die gleitfähige Verbindung zwischen den oberen und unteren Abschnitten des Gehäuses kann eine Fläche bzw. Flächen beinhalten, die ein Gewinde tragen, so dass die oberen und unteren Abschnitte miteinander verschraubt werden können, wodurch die Trennvorrichtung mit dem Probensammler durchstoßen wird.
Bezug nehmend auf 9: Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht der in 4, mit der Ausnahme, dass der Farbstoff entweder kovalent oder nichtkovalent an eine Membran (89) gebunden ist, die in Verbindung mit dem absorbierenden Material (90) auf der Sammelfläche des Probensammlers (91) steht. Die Membran und das absorbierende Material sind in ein Kunst stoffgehäuse (92) eingesetzt. Zusammen bilden diese Bestandteile den Probensammlerstab (93). In dieser Ausführungsform wird ein Reagenzschalengehäuse (94) eingesetzt. Diese Schale enthält ein absorbierendes Kissen (95), das Benetzungsmittel (96) enthält.
Bezug nehmend auf 10: Diese Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht derjenigen in 9 dahingehend, dass die Farbstoffmembran (97) in Verbindung mit dem absorbierenden Material (98) auf der Sammelfläche (99) der Probensammlerröhre (100) steht. In dieser Ausführungsform ist die Benetzungslösung (101) in einem verschlossenen Kompartiment in dem Kunststoff-Probengehäuse (102) enthalten und von dem absorbierenden Material, und damit der Farbstoffmembran, durch einen zerbrechlichen Verschluss (103) getrennt.
Bezug nehmend auf 11: Diese Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht derjenigen in 10 dahingehend, dass die Farbstoffmembran (104) in Verbindung mit dem absorbierenden Material (105) auf der Sammelfläche (106) der Probensammlerröhre (107) steht. Bei dieser Ausführungsform ist die Benetzungslösung (108) innerhalb einer zerbrechlichen Ampulle (109) innerhalb eines verschlossenen Kompartiments in dem Kunststoff-Probengehäuse (110) enthalten.
Bezug nehmend auf 12: Dieser Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht denjenigen in den 9-11 dahingehend, dass die Farbstoffmembran (111) in Verbindung mit dem absorbierenden Material (112) auf der Sammelfläche (113) der Probensammlerröhre (114) steht. Bei dieser Ausführungsform wird die Benetzungslösung (115) verwendet, um das absorbierende Material (112) und damit die Farbstoffmembran (111) vorher zu befeuchten. Um die Verdunstung der Benetzungslösung (115) zu verhindern, sind die Probensammlerröhre oder die Probensammlerröhren in einem luftdichten Beutel (116) eingeschlossen.
Zusätzlich zu den in den Figuren beschriebenen Ausführungsformen können weitere Ausführungsformen mit verschiedenen Kombinationen und Anordnungen von Elementen konstruiert werden, die ebenfalls das Inkontaktbringen einer Probe mit einem Zielmaterial bindenden Farbstoff, zum Beispiel einem präzipitierenden oder Frequenzverschiebungsfarbstoff, in einer autonomen Probennahme/Testvorrichtung erreichen. Beispielhafte Auswahlen und Anordnungen sind beschrieben. In Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung konstruiert werden, die einen Probensammlerbereich beinhaltet, der verschließbar an einem Gehäuse befestigt ist, oder kann als ein oberes und ein unteres Gehäuse konstruiert werden, bei dem der Probensammler an dem oberen Gehäuse befestigt ist und wobei das obere und untere Gehäuse abdichtbar in Eingriff stehen. Andere Varianten können ebenfalls konstruiert werden.
Wie vorstehend angegeben, können bei den verschiedenen Ausführungsformen verschiedene Arten von Probensammlern verwendet werden. Diese beinhalten beispielsweise Tupfer, Pipetten und Kapillaren. Für Ausführungsformen, bei denen der Probensammler ein Tupfer oder ein eine andere Wischvorrichtung ist, wird eine Probenwaschvorrichtung bereitgestellt. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet die Probenwaschvorrichtung ein Reservoir, dass eine Waschlösung enthält, die verwendet werden kann, um die Probe von dem Probensammler abzuwaschen. Die Zufuhr der Waschlösung zu dem Probensammler kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden, einschließlich zum Beispiel dem Zerreißen einer Membran, um es einer Waschlösung zu ermöglichen, durch einen hohlen Probensammlerschaft zu fließen, oder dem Abbrechen der Spitze oder des Stopfens, um eine Öffnung freizulegen, die mit einem hohlen Probensammlerschaft in Verbindung steht, um es der Flüssigkeit zu ermöglichen, den Schaft herunterzufließen, oder das Zerreißen einer Packung oder Ampulle, wodurch eine Flüssigkeit freigesetzt wird, die dann durch einen Probensammlerschaft herunterfließen kann, um die Probe zu waschen.
Die Wasch- oder Benetzungslösung können auch auf verschiedene Weisen eingerichtet oder verpackt werden, wie es für verschiedene Konfigurationen und Farbstoffseflektionen angemessen ist. Beispielsweise kann wie oben beschrieben die Waschlösung den Farbstoff enthalten. Bei bestimmten Ausführungsformen kann es jedoch bevorzugt sein, den Farbstoff getrennt von der Waschlösung zu verpacken. Zum Beispiel können der Farbstoff und andere Waschlösungsbestandteile in dem oberen Reservoir getrennt werden, bis eine Mischung gewünscht ist. Beispielsweise kann eine konzentrierte Farbstofflösung in einer zerbrechlichen Ampulle oder einer zerreißbaren Packung innerhalb einer Reservoirkammer bereitgestellt werden, die andere Waschlösungsbestandteile enthält.
Alternativ können der Farbstoff und andere Waschlösungsbestandteile in durch eine Trennvorrichtung getrennten separaten Kammern vorliegen. Das Aufbrechen des Farbstoffbehälters oder Zusammenbringen der Inhalte von getrennten Klammern führt dann zu einer Mischung und stellt auf diese Weise eine kombinierte Farbstoff-Waschlösung bereit. Solch eine Anordnung kann beispielsweise in Fällen wünschenswert sein, in denen die Farbstoffmoleküle in Gegenwart von einem oder mehreren anderen Waschlösungsbestandteilen keine Langzeitstabilität aufweisen würden. Alternativ können die Waschlösung und der Farbstoff getrennt werden, indem die Waschlösung nur in dem oberen Reservoir bereitgestellt wird und der Farbstoff in einem Reservoir oder einer Ampulle oder einer Packung oder einer Kammer in einem unteren Bereich der Vorrichtung, zum Beispiel in einem unteren Bereich des Gehäuses oder unteren Gehäuse bereitgestellt wird.
Bei Ausführungsformen, bei denen der Probensammler eine Pipette oder eine Kapillare ist, kann die Probe von dem Probensammler auf verschiedene Weise entfernt werden, beispielsweise durch Ausstoßen der flüssigen Probe mit Luft oder durch Auswaschen der Probe aus der Pipette oder Kapillare mit einer Waschlösung. Im allgemeinen ist der obere Abschnitt der Vorrichtung zur Entfernung der Probe verformbar, um eine Druckerzeugung zu ermöglichen, um die flüssige Probe aus der Pipette oder Kapillare zu drücken.
Ähnlich wie bei der oben beschriebenen Vorrichtung, bei der der Farbstoff von anderen Lösungsbestandteilen in dem Probensammlerbereich des oberen Gehäuses getrennt ist, kann bei Ausführungsformen, bei denen der Farbstoff in einem unteren Bereich der Vorrichtung enthalten ist, der Farbstoff von anderen Lösungsbestandteilen getrennt werden, wenn entweder der Farbstoff oder sowohl der Farbstoff als auch die anderen Bestandteile in getrennten Kammern, Ampullen, Packungen oder anderen Strukturen platziert werden, so dass die Bestandteile zur gewünschten Zeit gemischt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Probensammler direkt in eine Lösung in einem unteren Bereich der Vorrichtung eingebracht. Bei bestimmten Ausführungsformen enthält der obere Bereich der Vorrichtung beispielsweise kein Reservoir mit einer Waschlösung. Stattdessen ist die Waschlösung mit oder ohne Farbstoff in einem unteren Bereich der Vorrichtung enthalten und der Probensammler wird im Anschluss an die Probennahme in die Waschlösung eingebracht. Bei solchen Ausführungsformen kann die Waschlösung vom oberen Bereich der Vorrichtung durch eine Barriere, zum Beispiel eine zerreißbare Membran oder ein Einwegventil oder eine verformbare Verengung, durch die der Probensammler eingeführt werden kann, getrennt werden. Bei solchen Ausführungsformen kann der Farbstoff auch, wie angegeben, getrennt von der Waschlösung verpackt sein oder kann in der Waschlösung enthalten sein. Wie vorstehend beschrieben, kann solch eine Trennung durch Verwendung von getrennten Kammern, zerreißbaren Packungen, zerbrechlichen Ampullen, zerreißbaren Membranen, halbporösen Filtern und anderen solchen Strukturen erreicht werden.
Das Verfahren zur Verwendung einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Untersuchung auf Anwesenheit von Protein wird kurz beschrieben. Diese Ausführungsform der Vorrichtung weist die Struktur der Vorrichtung auf, die in 9 dargestellt ist, und verwendet einen Farbstoff, der an einer Membran auf der Oberfläche des Probensammlers gebunden ist, um die Anwesenheit von Protein auf einer Fläche festzustellen.
Ein Probensammlerstab (93), der in einem Kunststoffbehälter oder einem verschließbaren Beutel mit Trocknungsmittel aufbewahrt wird, wird entfernt und das obere Teil des Reagenzschalengehäuses (94) wird entfernt, wodurch das absorbierende Kissen (95), welches das Benetzungsmittel (96) enthält, frei liegt. Die Sammelfläche (91)/Farbstoffmembran (89) wird kurz gegen das absorbierende Kissen (95) gepresst, was wodurch die Vorrichtung aktiviert wird. Eine auf Protein zu untersuchende Fläche (2 Zoll × 2 Zoll) wird mit einer befeuchteten Sammelfläche (91) abgewischt, wodurch es einem Teil des Proteinmaterials ermöglicht wird, den Farbstoff auf der Farbstoffmembran (89) zu binden. Der Probensammler (61) wird dann abdichtbar mit dem Gehäuse (74) in Eingriff gebracht. Wenn Protein in der Probe anwesend ist, wechselt der Farbstoff auf der Farbstoffmembran (89) innerhalb von 1 Minute von einer gelben Farbe zu blau. Wenn kein Protein anwesend ist, bleibt die Farbe der Farbstoffmembran (89) gelb.
Dir beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung werden aus irgendeinem einer Vielzahl von Materialien oder Materialkombinationen hergestellt, einschließlich, aber nicht beschränkt, auf Kunststoffe. Spritzgussformlinge oder andere Mittel zur Erzeugung geeigneter Vorrichtungsgehäuse können eingesetzt werden. In geeigneten Vorrichtungen können Näpfe/Reservoire maschinell gebohrt oder durch Spritzguss hergestellt oder durch andere Verfahren gebildet sein, die zur Bildung solcher Höhlungen in dem jeweiligen Material geeignet sind. Der Fachmann ist vertraut mit geeigneten Materialien und Konstruktionstechniken und kann diese auswählen. Soweit anwendbar, wie beispielsweise in Ausführungsformen wie dem Heft aus 1, können getrennte Gehäuse und Teile durch Gelenke, Rastverbindungen, Schnappverschlüsse, Velcro^® oder irgendeinen andere Verbindung verbunden werden, die die Funktionsfähigkeit der Reagenzien nicht behindert. Die bereits beschriebenen absorbierenden Tupfer und Sammelflächenmaterialien sind aus den folgenden veranschaulichenden Materialien oder funktionsfähigen Äquivalenten davon zusammengesetzt: Schwamm, Mylar, Nylon, Dacron, Rayon, Porex, poröses Polypropylen, poröses Polyethylen, Glasfasern, Papier oder verschiedene andere gewobene oder verfilzte Fasern wie beispielsweise Nitrozellulose, Baumwolle, Wolle, Zellulose oder Kombinationen davon. Diese können wiederum, sofern angemessen, wie beispielsweise bei den Ausführungsformen gemäß den 1, 2 oder 3, durch Klebstoff, Haftmittel oder irgendein anderes Mittel, das die Sammlung, Färbung oder, im Falle der Verwendung von präzipitierenden Farbstoffen, die Präzipitation oder anderweite Immobilisierung von Zielmaterial nicht stört, an den Gehäusen angebracht sein.
Der Fachmann wird erkennen, dass diese und andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Arten verwendet werden können, einschließlich den folgenden:

(1) Untersuchung von flüssigen Proben, um festzustellen, ob sie kontaminiertes Material enthalten. Das Verfahren, das zur Untersuchung auf Material in einer flüssigen Probe verwendet wird, wäre ähnlich zu dem Verfahren, das verwendet wird, um eine Fläche zu untersuchen, mit dem Unterschied, dass die untersuchte Probe eine Flüssigkeit ist.
(2) Untersuchung irgendeiner Probe auf Kontamination und Verwenden einer Ablesung durch ein Gerät statt einer visuellen Ablesung.

BEISPIELE:
Obwohl die folgenden Beispiele sich nach Anwendungen in der Lebensmittelindustrie richten, würden unabhängig von der Proteinquelle (z.B. menschliche oder tierische Seren oder andere Ausscheidungen etc.) ähnliche Ergebnisse erhalten werden.
BEISPIEL 1 (Stand der Technik)
Beispielvorrichtungen wurden wie allgemein in 2 beschrieben konstruiert und mit einem präzipitierenden Farbstoff (Ponceau 5) und einem Frequenzverschiebungsfarbstoff (einem kolloidalen Coomassie-Blau-Farbstoff, Gelcode^®) eingesetzt, und verwendet, um Lebensmittelflächen zu untersuchen, die mit Milch, Käse, Roastbeef, Truthahn oder Tomaten verschmutzt waren. Die Flächen wurden auch mit einem von der Lebensmittelindustrie akzeptierten Mittel zur Messung von Flächenverunreinigungen auf Basis einer ATP-Bestimmung (LIGHTNING, hergestellt durch IDEXX Laboratories, Westbrook, ME) (verwendet gemäß Herstelleranweisungen) sowie der Proteinbestimmungsvorrichtungen, die für diese Erfindung beschrieben wurden, untersucht. Wie angegeben, wurden zwei verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt. Eine mit Ponceau-S als Protein bindendem Farbstoff und eine mit Gelcode^® – einem kolloidalen Coomassie-Blau-Farbstoff.
Edelstahlflächen wurden mit den angegebenen Lebensmittelmaterialien eingeschmiert. Für jeden Test wurde von der Fläche durch Abwischen mit der befeuch teten Probensammlersammelfläche eines Probensammlers von der jeweiligen Vorrichtung eine Probe genommen. "Schmutzig" zeigt, dass die Fläche nach Aufbringen der Lebensmittelreste auf die Fläche untersucht wurde; "sauber gewischt" zeigt an, dass die Fläche mit einem trockenen Papiertuch von sichtbaren Lebensmittelresten abgewischt wurde; und "sauber geschrubbt" zeigt, dass die Fläche nass mit einer Bürste und einer detergenzartigen Reinigungslösung in einer Weise gereinigt wurde, die bei der Reinigung in der Lebensmittelindustrie gewöhnlich angewendet wird.
Für die Ponceau-S-Vorrichtung wurde das absorbierende Kissen des Probensammlers mit dem Benetzungsmittel befeuchtet, eine Probe wurde von der Fläche abgewischt, dann wurde das absorbierende Kissen des Probensammlers kurz (einige wenige Sekunden) mit dem Farbstoff in Berührung gebracht. Das absorbierende Kissen des Probensammlers wurde dann in die Waschlösung getaucht, um ungebundenen Farbstoff abzuwaschen.
Die Gelcode^®-Vorrichtung wurde in gleicher Weise verwendet, mit der Ausnahme, dass die Farbänderung des Farbstoffs sowohl in der Farbstofflösung als auch auf dem Probensammlerkissen beobachtbar war.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Daten zeigen, dass die Vorrichtung in der Lage ist, die drei verschiedenen Zustände der Flächen (schmutzig, sauber gewischt, und das gründlichere sauber geschrubbt) für jeden Lebensmitteltyp zu unterscheiden. Beide Farbstoffe ergaben Ergebnisse, die es dem Testanwender ermöglichen, zwischen schmutzigen, minimal gesäuberten (gewischten) und gründlich gesäuberten (geschrubbten) Flächen zu unterscheiden. Die Ergebnisse für die LIGHTNING^®-Vorrichtung liegen im Bereich von 0–7,5. Die Farbstoffergebnisse werden durch das Auge abgelesen und einem numerischen Wert von 0–5 zugeordnet. In beiden Fällen ist das angegebene Kontaminationsniveau umso höher, je größer die Zahl ist.
Tabelle 1:
BEISPIEL 2 (Stand der Technik)
Eine Beispielvorrichtung, konstruiert wie allgemein in 6 beschrieben und 2 ml Pierce Gelcode^®-Farbstoff enthaltend, wurde in einem Test eingesetzt, um die Detektionsempfindlichkeit der Vorrichtung festzustellen. Die Anwesenheit von Protein wurde unter Verwendung einer qualitativen visuellen Ablesung und durch Auslesen der optischen Dichte (OD) bei 595 nm detektiert, wobei die angegebene OD der Mittelwert aus zwei Messungen ist.
Rinderserumalbumin (BSA) wurde bei verschiedenen Konzentrationen auf sauberen 4'' × 4'-Edelstahl-Kupons getrocknet. Für jede untersuchte Probe wurde der vorbefeuchtete Tupferbereich einer Vorrichtung unter leichtem Druck über die Kupon-Fläche gewischt, um die Probe aufzunehmen. Der Tupfer wurde in das Gehäuse eingebracht und das Farbstoffreservoirfässchen zur Seite geschnappt, um den Farbstoff der unteren Lesekammer zuzuführen. Dann wird eine visuelle Interpretation vorgenommen, mit anschließendem Transfer von der Lesekammer zu einer Einwegküvette zur Ablesung bei 595 nm. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
BSA bezieht sich auf Rinderserumalbumin.
Die Ergebnisse zeigen, dass diese Ausführungsform der Vorrichtung eine Detektionsempfindlichkeit von etwa 2,5 μg Protein/Test besetzt.
BEISPIEL 3 (Stand der Technik)
Eine Beispielvorrichtung wie in Beispiel 2 wurde in einem Vergleichstest auf biologische Verunreinigung mit dem Konica Hygiene-Überwachungs-Kit verwendet. Der Konica-Kit wurde nach Herstelleranweisungen eingesetzt, wobei nach 10 Minuten bei Raumtemperatur abgelesen wurde. Die Beispielvorrichtung wurde wie folgt eingesetzt.
Mehrere verschiedene Quellen von Protein wurden auf sauberen 4~×4~Edelstahl-Kupons getrocknet, die markiert worden waren, um jeden Kupon in zwei gleiche Teile zu teilen. Die Beispielvorrichtung wurde verwendet, um die Probe von der linken Seite der Kuponfläche zu sammeln. Gemäß dem Konica-Kit-Verfahren wurde die entsprechende rechte Seite des Kupons mit dem Konica-Tupfer beprobt. Die visuelle Interpretation für die beispielhafte Vorrichtung wurde unmittelbar auf die Aktivierung vorgenommen. Der Konica-Test wurde gemäß Kit- Instruktionen nach 10 Minuten abgelesen. Die Edelstahl-Kupons wurden dann mit einem milden Detergenz (Palmolive^®) und Wasser abgewaschen und nach dem Trocknen wurde jede Seite des Kupons erneut getestet, um verbleibende Verunreinigungen auf der Oberfläche festzustellen.
Die Ergebnisse des Vergleichstests sind in Tabelle 3 dargestellt. Die Sauberkeitsniveaus für das Konica-Kit sind nach einem Reinheitsstandard dargestellt, wobei:
Niveau 1 (sauber)
Niveau 2 (weniger sauber)
Niveau 3 (leicht schmutzig)
Niveau 4 (schmutzig)
Tabelle 3
Die Ergebnisse zeigen, dass die Vorrichtung empfindlicher ist als das Konica-Testsystem, zusätzlich zu den Vorteilen, dass es schneller und bequemer ist.
BEISPIEL 4 (Erfindung)
Eine Beispielvorrichtung wie in 9 beschrieben wurde in einem Vergleichstest auf biologische Kontamination mit dem Konica-Hygieneüberwachungskit (AssureSwab) verwendet.
Die Beispielvorrichtung wurde wie im Text beschrieben unter Verwendung einer Nylonmembran hergestellt, die mit einer 200 μg/ml-Farbstofflösung behandelt worden war. Die Probensammlerfläche wurde kurz der Benetzungslösung ausgesetzt und die Testfläche (4 × 4 Zoll) wurde sofort abgewischt. Ein Übergang von einer gelben Farbe zu blau-grün trat innerhalb einer Minute auf, wenn Protein anwesend war. Die Intensität der blau-grünen Farbe wurde auf einer arbiträren Skala von 0 (gelb) bis 2 (tiefes blau-grün) bewertet.
Der Konica-Kit wurde nach Herstelleranweisungen verwendet, wobei nach 10 Minuten bei Raumtemperatur abgelesen wurde.
Mehrere verschiedene Quellen des Testproteins BSA (Rinderserumalbumin) wurden auf sauberen Abschnitten einer Kunststoffplatte von 4 Zoll × 4 Zoll getrocknet. Die Beispielvorrichtung wurde dann verwendet, um Proben von einem Bereich der Oberfläche zu sammeln. Gemäß dem Konica-Kit-Verfahren wurde der Abschnitt mit dem Konica-Tupfer beprobt. Für die Beispielvorrichtung wurde unmittelbar nach Aktivierung eine visuelle Interpretation vorgenommen. Der Konica-Test wurde nach 10 Minuten gemäß Kit-Instruktionen abgelesen.
Die Ergebnisse für diesen Vergleichstest sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Reinheitsniveaus für den Konica-Kit sind nach einem Reinheitsstandard wiedergegeben, wobei
Niveau 1 (sauber)
Niveau 2 (weniger sauber)
Niveau 3 (leicht schmutzig)
Niveau 4 (schmutzig)
Tabelle 4
Die Ergebnisse zeigen, dass die Vorrichtung empfindlicher ist als das Konica-Testsystem, zusätzlich zu den Vorteilen, das es schneller und bequemer ist.
Alle Patente und Veröffentlichung, die in der Beschreibung erwähnt sind, sind ein Indiz für die Fachkenntnis des Fachmanns, den die Erfindung betrifft. Alle Referenzen, die in dieser Offenbarung zitiert sind, sind durch Inbezugnahme in demselben Maß aufgenommen, als ob jede einzelne Referenz durch Inbezugnahme vollständig einzeln aufgenommen worden wäre.
Der Fachmann würde rasch erkennen, dass die vorliegende Erfindung sehr gut dazu angepasst ist, die Aufgaben zu erfüllen und sowohl die erwähnten als auch die inhärenten Ergebnisse und Vorteile zu erhalten. Die Lösungen, Farbstoffe und Verfahren, die hier als gegenwärtig repräsentativ für bevorzugte Ausführungsformen beschrieben sind, sind beispielhaft und nicht als Beschränkungen hinsichtlich des Bereichs der Erfindung gedacht. Abwandlungen und andere Verwendungen werden dem Fachmann entgegentreten, die vom Erfindungsgedanken, wie er durch den Schutzbereich der Ansprüche definiert ist, umfasst sind.
Es wird dem Fachmann leicht ersichtlich sein, dass verschiedene Ersetzungen und Modifikationen an der hier offenbarten Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsbereich und -gedanken abzuweichen. Beispielsweise wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung unter Verwendung einer Vielzahl verschiedener Farbstoffe und pH-Puffer sowie weiterer Reaktionsbestandteile ausgeführt werden kann.
Die hier veranschaulichend beschriebene Erfindung kann in Abwesenheit jedes Elements oder aller Elemente, jeder Beschränkung oder aller Beschränkungen, die hier nicht ausdrücklich offenbart sind, in geeigneter Weise ausgeführt werden.
Darüber hinaus wird der Fachmann für den Fall, dass Merkmale oder Aspekte der Erfindung als Markush-Gruppen oder in Form anderer Gruppierungen von Alternativen beschrieben sind, erkennen, dass die Erfindung damit auch hinsichtlich jedes einzelnen Mitglieds oder jeder Untergruppe von Mitgliedern der Markush-Gruppe oder einer anderen Gruppe beschrieben ist.
Daher liegen weitere Ausführungsformen innerhalb des Bereichs der Erfindung und innerhalb der folgenden Ansprüche.

Claims

Autonome Probennahme-/Testvorrichtung, umfassend: a. einen Probensammler zum Einsammeln von Zielmaterialien; b. einen Signalerzeuger, umfassend einen Farbstoff, der an das Zielmaterial bindet, um die Anwesenheit des Zielmaterials zu signalisieren, wobei der Probensammler auf seiner Oberfläche eine Membran angeordnet aufweist, an die der Farbstoff kovalent oder nicht-kovalent angeheftet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Waschvorrichtung für den Probensammler, umfassend eine Waschlösung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein absorbierendes Material, wobei der Probensammler ein poröses Probensammelkissen umfasst, und wobei das absorbierende Material, der Probensammler und die Waschvorrichtung für den Probensammler so konfiguriert und angeordnet sind, dass das Probensammelkissen zwischen dem absorbierenden Material und der Waschvorrichtung für den Probensammler angeordnet sein kann, so dass die Waschlösung den Farbstoff, der an das auf dem Probensammelkissen immobilisierte Zielmaterial gebunden ist, von ungebundenem Farbstoff trennt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Probensammler ein poröses Probensammelkissen zum Sammeln des Zielmaterials umfasst, wobei der Farbstoff und die Waschlösung in einem Reagenzschalengehäuse enthalten sind, das von dem Probensammler kontaktiert werden kann, um den Farbstoff und die Waschlösung über das Zielmaterial zu geben, das auf dem Probensammler enthalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Farbstoff und die Waschlösung in einer Vielzahl von Reservoirs enthalten sind, wobei die Reservoirs nacheinander von dem Probensammler kontaktiert werden, um zuerst das Zielmaterial gegenüber dem Farbstoff auszusetzen und um anschließend ungebundenen Farbstoff von gebundenem Farbstoff fortzuwaschen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 3 oder 4, weiterhin umfassend ein Benetzungsmittel zum Befeuchten des Probensammelkissens vor dem Einsammeln des Zielmaterials.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Benetzungsmittel mit der Waschlösung identisch ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Probensammler hohl ist und wobei das absorbierende Material in dem Probensammler angeordnet ist, um den Transport des Farbstoffs und der Waschlösung über das Zielmaterial zu erleichtern, oder wobei die Waschlösung in dem Probensammler angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin umfassend ein Reagenzgehäuse, umfassend ein absorbierendes Material, wobei eines der absorbierenden Materialien mit der Waschlösung gesättigt ist und das andere absorbierende Material nicht gesättigt ist, wobei nicht-gebundener Farbstoff von einer dazwischen angeordneten Probensammler-Sammelfläche durch den Fluss der Waschlösung von dem gesättigten absorbierenden Material zu ungesättigtem absorbierenden Material gewaschen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Farbstoff durch die Waschlösung zu dem Zielmaterial transportiert wird, um die Bindung zu bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Farbstoff von dem absorbierenden Material durch wenigstens eine Membran getrennt wird, die im Verlauf eines Tests zerrissen werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Reagenzgehäuse ebenso eine Kappe zum Schützen der Sammelkissenfläche vor Kontaminierung bei Nichtgebrauch umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Farbstoff ein Protein bindender Farbstoff ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Farbstoff Ponceau-S ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei Ponceau-S in einer Endkonzentration von ungefähr 0,1–1% (Gew./Vol.) in verdünnter Essigsäurelösung verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Farbstoff das Protein sowohl ausfällt als auch färbt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 3 oder 4, wobei der Farbstoff trocken ist, bis er von dem Probensammler berührt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Neutralisierungsmittel, um jegliche Verbindungen in der Probe zu neutralisieren, die die Bindung des Farbstoffs an das Zielmaterial stören könnten.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Neutralisierungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Natriumthiosulfat, MgCl₂, Natriumdodecylsulfat, Tergitol, Triton X-100 und Tween 20.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Farbstoff ein Frequenzverschiebungsfarbstoff ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Farbstoff ein kolloidaler Farbstoff ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei der Farbstoff ein kolloidaler COOMASSIE^®Brilliant-Blue-Farbstoff ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Lesebereich.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei der Probensammler innerhalb eines unteren Gehäuses enthalten ist, das Schutz für den Probensammler vor einer Kontaminierung vor dem Testen bietet, wobei die Vorrichtung weiterhin ein obe res Gehäuse umfasst, wobei das obere Gehäuse und das untere Gehäuse abdichtbar ineinander eingreifen und wobei der Probensammler an das obere Gehäuse angeheftet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Probensammler weiterhin einen hohlen Schaft und eine absorbierende Spitze umfasst, eine Kammer, die den kombinierten Probenwaschsignalerzeuger beherbergt, wobei die Kammer weiterhin einen brechbaren Schaft umfasst, der nach Brechen eine Öffnung freilegt, durch welche der kombinierte Probenwaschsignalerzeuger fließen kann, wobei die Kammer an eine gleitend eingreifbare Verbindung angrenzt, wobei die Verbindung ein inneres Teil und ein äußeres Teil hat, zwischen denen ein unteres Gehäuse gleitend eingreifen kann, wobei der kombinierte Probenwaschsignalerzeuger einen Frequenzverschiebungsfarbstoff umfasst, einen Ablesebereich im unteren Gehäuse unterhalb des Probensammlers, um den kombinierten Probenwaschsignalerzeuger zu enthalten, wobei der Ablesebereich Wände umfasst und den Nachweis einer Frequenzverschiebung des Farbstoffs ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine Oberfläche umfasst, die an das Zielmaterial vor dem Kontakt des Zielmaterials mit dem Farbstoff bindet.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Zielmaterial Protein ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Probensammler ein absorbierendes Kissen enthält, an dessen Oberfläche eine Membran positioniert ist, an die ein Farbstoff entweder kovalent oder nicht-kovalent angeheftet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Probensammler ein absorbierendes Kissen enthält, das einen Farbstoff direkt an seine Oberfläche entweder kovalent oder nicht-kovalent angeheftet aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, wobei eine Benetzungs-/Neutralisierungslösung in einem Reagenzgehäuse enthalten ist, das ein absorbierendes Material enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, wobei der Probensammler ein absorbierendes Material enthält, das mit Benetzungs-/Neutralisierungslösung vorbefeuchtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, wobei der Probensammler ein zerbrechliches Gefäß oder aufreißbares Kompartiment enthält, das Benetzungs-/Neutralisierungslösung enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 28–32, wobei der Farbstoff ein Frequenzverschiebungsfarbstoff der Proteinfehlerfamilie ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28–32, wobei der Farbstoff Bromphenolblau ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28–32, wobei die Benetzungs-/Neutralisierungslösung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Natriumthiosulfat, MgCl₂, Natriumdodecylsulfat, Tergitol, Triton X-100 und Tween 20.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Probensammmler zum Sammeln von biologischem Zielmaterial dient, und wobei der Signalerzeuger einen Frequenzverschiebungsfarbstoff der Proteinfehlerfamilie umfasst, wobei der Farbstoff in der Lage ist, an das biologische Zielmaterial zu binden und eine Farbveränderung beim Binden an das Zielmaterial zu erzeugen, und wobei nicht-gebundener Frequenzverschiebungsfarbstoff nicht von dem an das biologische Ziel gebundenen Frequenzverschiebungsfarbstoff getrennt werden muss, um das Vorhandensein von Zielmaterial nachzuweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 36, weiterhin umfassend ein absorbierendes Material.
Vorrichtung nach Anspruch 36, weiterhin umfassend ein Benetzungsmittel.
Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei der Farbstoff Bromphenolblau ist.
Vorrichtung nach Anspruch 36, weiterhin umfassend eine Benetzungslösung, wobei die Lösung ein Neutralisierungsmittel umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Natriumthiosulfat, MgCl₂, Natriumdodecylsulfat, Tergitol, Triton X-100 und Tween 20.