DE68911395T3

DE68911395T3 - Vorrichtung zum Transportieren von Flüssigkeiten und Vorrichtung zur diagnostischen Analyse.

Info

Publication number: DE68911395T3
Application number: DE68911395T
Authority: DE
Inventors: Gerd Grenner; Shai Inbar; Ernest W Long
Original assignee: Behring Diagnostics Inc
Current assignee: Behring Diagnostics Inc
Priority date: 1988-06-23
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2009-06-23
Also published as: CA1310887C; AU3103589A; AU610997B2; EP0348006B2; DE68911395T2; DE68911395D1; EP0348006A3; ATE98523T1; US5051237A; EP0348006A2; JPH01321359A; EP0348006B1; ES2049314T3; ES2049314T5

Description

Hintergrund der Erfindung

Systeme zur Zuführung von Flüssigkeiten, die in der Lage sind, einen kontrollierten Flüssigkeitsstrom zwischen zwei Oberflächen zu bewirken, werden für verschiedene Anwendungen benötigt. Eine derartige Anwendung liegt im Bereich der biologischen diagnostischen Analysenvorrichtungen zur schnellen Analyse von Analyten, die in biologischen Flüssigkeiten enthalten sind. Verschiedene Arten derartiger Analysenelemente sind bekannt. Allgemein wird eine Probe einer biologischen Flüssigkeit, z. B. Plasma, Serum, etc., auf das Testelement aufgetragen, und es wird eine der Anwesenheit des Analyten entsprechende, nachweisbare Veränderung als Ergebnis der Wechselwirkung zwischen einem interessierenden Analyten in der Probenflüssigkeit und dem(n) Reagenz(ien), das (die) in dem Testelement enthalten ist (sind), herbeigeführt. Die nachweisbare Veränderung kann ein Farbwechsel sein, der visuell beurteilt oder spektrophotometrisch abgelesen werden kann, z.B., mit einem Densitometer. Nach einem anderen Schema, basierend auf der Anwesenheit von fluoreszenzmarkierten, biologischen Substanzen, wird ein Fluoreszenzausgangssignal erzeugt und spektrofluormetrisch abgelesen. Um genaue und reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, ist es wesentlich, daß die Probenflüssigkeit gleichmäßig in dem Anälysenelement verteilt ist, damit ein einheitliches Signal oder eine einheitliche Farbe zur Instrumentenablesung erhalten wird.
Es wurden verschiedene Verfahren zur gleichmäßigen Verteilung einer Probenflüssigkeit in einem Analysenelement beschrieben. Zum Beispiel ist die Verwendung von faserigen Schichten, Stoffgewebeschichten, Membranen mit einer praktisch gleichmäßigen Porengröße sowie von gleichmäßigen porösen Schichten, die einen Kapillarfluß zur Erzeugung der gleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung ermöglichen, für diesen Zweck bekannt. Weiterhin gibt es bekannte Verfahren zur Verteilung von Flüssigkeiten zwischen zwei Oberflächen unter Anwendung der Kapillarwirkung; derartige Verfahren wurden in Verbindung mit der Versorgung von analytischen Analysenelementen mit kleinen Mengen einer Probenflüssigkeit beschrieben. Die US-A-4.323.536 beschreibt eine diagnostische Testvorrichtung, die eine Vielzahl von Testelementen enthält, von denen jedes mit Probenflüssigkeit einer einzelnen Flüssigkeitsprobe versorgt wird. Die Vorrichtung enthält ein erstes Teil, ein zweites Abdeckteil, wobei diese Teile einander gegenüberliegende Oberflächen haben, und Einrichtungen zur Trennung der Teile in einem Abstand, der einen Kapillarfluß einer zwischen den Oberflächen eingeführten Flüssigkeit ermöglicht und somit eine Flüssigkeits-Transportzone erzeugt. Eine oder beide Oberflächen können eine Vielzahl freiliegender Rillen besitzen, um den Strömungsverlauf der Flüssigkeit in der Vorrichtung zu kontrollieren. Die US-A-4.233.029 beschreibt eine ähnliche Flüssigkeits-Transportvorrichtung, die eine kontrollierte Flüssigkeits-Kapillar-Strömungszone enthält. Die EP-A-0 297 398 (Anmeldetag: 21.06.88, Prioritätstag 27.06.87) beschreibt eine diagnostische Analysenvorrichtung, in der die einander gegenüberliegenden Flächen durch Bereiche mit Heißschmelzklebern miteinander verbunden sind.
Die bekannten Flüssigkeits-Transportvorrichtungen sind nicht in allen Fällen ausreichend. Zum Beispiel tritt beim Füllen dieser kleinen Zwischenräume mit Flüssigkeit häufig das Problem der unerwünschten Bildung von Lufteinschlüssen auf, was im Fall von quantitativen Analysen der Probenflüssigkeit Fehler verursachen kann. Somit besteht ein anhaltender Bedarf an Flüssigkeits-Transportvorrichtungen.
Es ist somit ein Ziel dieser Erfindung, ein Flüssigkeits- Transportsystem bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel ist die Bereitstellung eines Flüssigkeits-Transportsystems, das in der Lage ist, den Strom einer Flüssigkeit zwischen zwei sich gegenüberliegenden Oberflächen wirkungsvoll zu kontrollieren.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Ziel ist die Bereitstellung eines Flüssigkeits-Transportsystems zur Erzeugung einer gleichmäßigen Verteilung einer Flüssigkeitsprobe in einer biologischen diagnostischen Analysenvorrichtung.
Ein anderes erfindungsgemäßes Ziel ist die Bereitstellung einer diagnostischen Analysenvorrichtung zur schnellen Analyse einer Flüssigkeitsprobe.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Diese und andere erfindungsgemäße Ziele und Vorteile werden durch die Bereitstellung einer Flüssigkeits-Transportvorrichtung erreicht, die ein erstes und ein zweites Teil miteinander gegenüberliegenden Oberflächen enthält, die voneinander in einem Abstand getrennt sind, der den Kapillarfluß einer Flüssigkeit in einer Flüssigkeits-Strömungszone ermöglicht, die durch einen Teil oder die gesamten, einander gegenüberliegenden Oberflächen begrenzt ist. Die Oberfläche des ersten Teils, die der Oberfläche des zweiten Teils gegenüberliegt, trägt eine Vielzahl von Vorsprüngen oder erhöhten Bereichen, die mit der gegenüberliegenden Oberfläche des zweiten Teils in nicht-bindender Berührung oder in faktischer Berührung stehen und in der beabsichtigten Flüssigkeits-Strömungszone praktisch über die gesamte Oberfläche verteilt angeordnet sind. Die Vorsprünge dienen zur Kontrolle des Flüssigkeitsstromes zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen in der Flüssigkeits- Strömungszone. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vorsprünge auf der Oberfläche des ersten Teils in einem geordneten Muster in parallel beabstandeten Zeilen und Spalten angeordnet, die sich über beide Dimensionen der Oberflächenebene erstrecken, um einen in der Flüssigkeits-Strömungszone im wesentlichen einheitlichen Flüssigkeitsstrom zu erzeugen. Die Flüssigkeits-Transportvorrichtung enthält außerdem eine Öffnung, z. B. ein Loch, das sich durch das erste Teil erstreckt, um die Einführung einer Flüssigkeit in die Flüssigkeits-Strömungszone zu ermoglichen.
Beim Betrieb wird eine Flüssigkeit in die Flüssigkeits- Strömungszone eingeführt, z. B., indem sie mit einer Pipette durch eine Öffnung in dem ersten Teil getrodft wird. Sobald die Flüssigkeit die einander gegenüberliegenden Oberflächen des ersten und des zweiten Teils berührt, dienen die Vorsprünge der einander gegenüberliegenden ersten Oberfläche dazu, einen kontrollierten Flüssigkeitsstrom in der Flüssigkeits-Strömungszone zu erzeugen. Damit der Flüssigkeitsstrom beginnt, muß die Flüssigkeit die gegenüberliegenden Oberfläche des zweiten Teils berühren. Diese Bedingung kann durch verschiedene Techniken sichergestellt werden. Bei einer Ausführungsform ist die Öffnung in dem ersten Teil verhältnismäßig groß, und die Flüssigkeit kann direkt auf die gegenüberliegende Oberfläche des zweiten Teils aufgebracht werden. Bei Ausführungsformen, bei denen die Öffnung verhältnismäßig klein ist, kann ein Docht aus saugfähigem Material in die Öffnung eingeführt werden, um die Flüssigkeit mit der gegenüberliegenden Oberfläche des zweiten Teils in Berührung zu bringen, oder das erste Teil kann ein oder mehrere kleine flüssigkeitsleitende Elemente enthalten, die sich vom Umfang der Öffnung bis zur gegenüberliegenden Oberfläche des zweiten Teils erstrecken, mit der sie in Berührung oder faktischen Berührung stehen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält das zweite Teil ein biologisches diagnostisches Analysenelement, wobei das Flüssigkeits-Transportsystem eine gleichmäßige Verteilung der Probenflüssigkeit über die gegenüberliegende Oberfläche des Analysenelements bewirkt. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Konzentration der Probenflüssigkeit über die gesamte Fläche des Analysenelements, die analysiert wird, erzielt. Die nachweisbare Veränderung in dem Analysenelement, ob es nun ein Farbwechsel, der visuell beurteilt oder spektrophotometrisch ausgelesen wird, oder irgendeine andere Art von Veränderung ist, wie die Erzeugung eines Fluoreszenzauslesesignals, das spektrofluorometrisch ausgelesen wird, wird in einem bestimmten Teil der Oberfläche des Analysenelements analysiert, typischerweise in einer kreisförmigen oder rechteckigen Fläche in der Mitte des Testelements. Somit kommt es darauf an, eine gleichmäßige Verteilung der Testflüssigkeit über die Fläche des Testelements, die analysiert wird, zu erzielen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das in der Analysenvorrichtung enthaltene diagnostische Analysenelement ein Dünnfilm-Mehrschicht-Testelement. Die kontrollierten Flüssigkeitsfluß-Merkmale der Vorrichtung sind besonders gut zur Anwendung bei diagnostischen Dünnfilm- Mehrschicht-Testelementen geeignet, da das aufgebrachte Volumen sehr klein ist und sehr genau kontrolliert wird, was den Erfordernissen derartiger Testelemente entspricht. Somit wird ein gleichmäßig verteiltes, kleines Volumen einer genau bemessenen Probenflüssigkeit auf die Oberfläche des Testelements aufgebracht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Probenflüssigkeit nach der Einbringung in das diagnostische Testelement der Umgebung nicht mehr sehr stark ausgesetzt ist, und somit jede signifikante Verdunstung, die zu einer Veränderung der Konzentration des Analyten führen würde, verhindert oder zumindest weitgehend minimiert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zum besseren Verständnis der Erfindung, sowie anderer Ziele und weiterer Merkmale davon, wird auf die folgende detailierte Beschreibung verschiedener bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung verwiesen, worin:
Fig. 1 einen teilschematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Transportvorrichtung;
Fig. 2 eine teilschematische Aufsicht auf die Oberfläche 16 des ersten Teils 12 von Fig. 1;
Fig. 3 eine teilschematische unvollständige Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform eines ersten Teils einer Flüssigkeits-Transportvorrichtung;
Fig. 4 einen teilschematischen Querschnitt eines Mehrschicht-Analysenelements; und
Fig. 5 einen teilschematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen diagnostischen Analysenvorrichtung darstellt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Transportvorrichtung dargestellt. Es ist zu beachten, daß die Dicke der Vorrichtung zur leichteren Darstellung vergrößert wurde; die tatsächlichen bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind verhältnismäßig dünn mit einer typischen Dicke im Bereich zwischen etwa 2 und 10 mm. Die Vorrichtung 10 enthält ein erstes Teil 12 und ein zweites Teil 14, mit den einander gegenüberliegenden Oberflächen 16 bzw. 18, wobei beide transparent oder opake sein können. Das erste Teil 12 enthält eine Öffnung 20, die im Flüssigkeitsaustausch mit der Flüssigkeits-Strömungszone - begrenzt durch die gegenüberliegenden Oberflächen 16 und 18 - steht, so daß eine Probenflüssigkeit eingeführt werden kann. Die Oberfläche 16 des ersten Teiles 12 trägt eine Vielzahl von Vorsprüngen 20, die einen kontr6llierten Strom der Flüssigkeit durch die gesamte Flüssigkeits-Strmömungszone ermöglicht. Die Vorsprünge 22 können, wie in Fig. 1 dargestellt, mit der Oberfläche 18 in Kontakt, oder in faktischem Kontakt, d.h. in einem kleinen Abstand zur Oberfläche, stehen.
Es ist zu beachten, daß die Vorrichtung 10 zwar in einer flachen, ebenen Anordnung dargestellt wurde, die Vorrichtung kann aber auch zwei beliebige allgemein parallele erste und zweite Teile enthalten, die in einem kapillaren Abstand gehalten werden, so daß ein Kapillarfluß einer Flüssigkeit zwischen ihnen ermöglicht wird. Die entsprechenden Teile können zum Beispiel gebogen sein.
Die Vorsprünge 22 sind im wesentlichen über denjenigen Bereich der Oberfläche 16 verteilt angeordnet, für den ein kontrollierter Strom der Flüssigkeit erwünscht ist. Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, sind die Vorsprünge im wesentlichen über die gesamte Oberfläche 16 angeordnet, so daß die Flüssigkeits-Strömungszone im wesentlichen in ihrer Ausdehnung den Dimensionen des ersten und des zweiten Teils 12 bzw. 14 entspricht. Die Ausbreitung der Flüssigkeit ist eine Funktion der Spaltbreite zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen 16 und 18, dem Berührungswinkel, d. h. der "Benetzbarkeit" der einander gegenüberliegenden Oberflächen 16 und 18 und der Viskosität der Flüssigkeit. Allgemein werden die einander gegenüberliegenden Oberflächen 16 und 18 in einem kapillaren Abstand voneinander gehalten, d.h. in einem Abstand, der es den Kapillarkräften ermöglicht, die Flüssigkeit in den Spalt zu saugen und es der Flüssigkeit gestattet, durch die gesamte Flüssigkeits-Strömungszone zu fließen. Da der Kapillarfluß eine Funktion der Oberflächenspannung des Flüssigkeitsmeniskus zwischen den beiden Oberflächen ist, ist es offensichtlich, daß der Abstand zwischen den beiden Oberflächen bei verschiedenen Arten von Flüssigkeiten variiert. Der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen 16 und 18 liegt allgemein in der Größenordnung von etwa 50 bis etwa 150 µm oder darüber.
Wie oben erwähnt, können die Vorsprünge 22 in faktischer Berührung oder in Berührung mit der Oberfläche 18 stehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dienen die Vorsprünge 22 außer zur Erzeugung eines kontrollierten Flüssigkeitsflusses auch zur Festlegung des Spaltes zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen 16 und 18.
Bei dieser Ausführungsform steht eine ausreichende Anzahl von Vorsprüngen 22 mit der Oberfläche 18 in Kontakt, um den Spalt zwischen den Oberflächen 16 und 18 festzulegen. Bei den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist es weiterhin wünschenswert, daß der Spalt zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen 16 und 18 in der Flüssigkeits-Strömungszone praktisch gleichmäßig ist. Wenn die Vorsprünge 22 dazu verwendet werden, um einen praktisch gleichmäßigen Spalt festzulegen, sollte allgemein eine größere Anzahl, z. B. etwa 50 % oder mehr, mit der Oberfläche 18 in Berührung stehen. Es wird bei dieser Ausführungsform weiterhin bevorzugt, daß etwa 75 % oder mehr und besonders bevorzugt im wesentlichen alle, d. h. etwa 95 % oder mehr der Vorsprünge 22 so angeordnet sind, daß sie in Kontakt mit der Oberfläche 18 stehen. Die Höhe der Vorsprünge 22 liegt allgemein im Bereich zwischen etwa 50 und etwa 150 µm oder darüber, wobei die bevorzugte Höhe zwischen etwa 80 und etwa 120 µm liegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vorsprünge 22, wie in Fig. 2 dargestellt, in geordneten Reihen und Spalten angeordnet, die sich im wesentlichen entlang beider Dimensionen der Oberfläche 16 erstrecken. Durch einen derartige Anordnung der Vorsprünge wird während der Ausbreitung der Flüssigkeit eine praktisch lineare Flüssigkeitsfront erzeugt, wodurch die Entstehung von Luftblasen während des Flüssigkeitsflusses vermieden werden kann.
Die Öffnung 20 kann jede Größe und Gestalt besitzen. Die Öffnung kann so groß sein, daß die Flüssigkeitsprobe, die ein Tropfen mit einem Volumen von etwa 8 bis 10 µl sein kann, die Oberfläche 18 berührt, ohne mit den Seiten der Öffnung in Kontakt zu kommen. Natürlich hängt das Probenvolumen von der Art der verwendeten Flüssigkeit, (z. B. wäßrig oder nichtwäßrig) und der Anwendung der Vorrichtung ab. Bei den bevorzugten Ausführungsformen ist es jedoch erwünscht, eine möglichst kleine Öffnung zu haben, um eine Verdunstung der Flüssigkeitsprobe zu minimieren. Die Form der Öffnung 20 kann kreisförmig sein, mit einem durchgehend gleichmäßigen Durchmesser, oder, wie in Fig. 1. gezeigt, der Durchmesser kann von der oberen zur unteren Oberfläche des Teils 12 immer kleiner werden.
Das erste Teil 12 kann transparent oder opake sein und aus jedem geeigneten Material, einschließlich synthetischer, filmbildender polymerer Materialien, wie z. B. Polyvinylacetat, Poyvinylchlorid, Polyvinylchlorid-Polyvinylalkohol-Copolymere, Polypropylen, Polystyrol, Celluloseacetat- Butyrat, hydrolysiertem Celluloseacetat-Butyrat, Styrol- Acrylnitril und dergl., sowie aus Metallen, Keramik, usw., hergestellt sein. Die Oberfläche 16 des Materials kann behandelt sein, z. B. durch Hydrolyse oder mit einem Zusatz, der seine Oberfläche leichter durch die Flüssigkeit benetzbar macht. Proteine, wie Gelatine und Albumin, sowie oberflächenaktive Substanzen, sind zu diesem Zweck geeignet. Einige Metalle und polymere Materialien absorbieren Proteine stark, wobei die Berührungswinkel der Flüssigkeiten, die darauf aufgetragen werden, signifikant verändert werden. Polystyrol und hydrolysiertes Celluloseacetat- Butyrat sind bevorzugte Materialien. Das erste Teil 12, einschließlich der Öffnung 20 und der Vorsprünge 22, kann nach verschiedenen Verfahren - einschließlich Spritzguß - hergestellt werden.
Wie bereits erwähnt, sind die Vorsprünge 22, wie in Fig.2 dargestellt, vorzugsweise in parallel beabstandeten Zeilen und Spalten, die sich im wesentlichen entlang der beiden Dimensionen der Ebene der Oberfläche 16 erstrecken, auf der Oberfläche 16 angeordnet. Der Abstand der Vorsprünge hängt von der Art der verwendeten Flüssigkeitsprobe und der Anwendung der Vorrichtung ab. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der die Vorrichtung für eine diagnostische Analyse einer biologischen Flüssigkeit, d. h., Plasma oder Serum, verwendet wird, ist sie typischerweise rechteckig, mit typischen Abmessungen von etwa 7 x 10 mm (Breite x Länge). Es wurde gefunden, daß bei dieser Ausführungsform eine Anordnung der Vorsprünge 22 in einem Mittelpunktsabstand im Bereich von etwa 0,25 mm bis etwa 0,4 mm vorzuziehen ist. Es wurde gefunden, daß eine hervorragende Ausbreitung von Plasma- oder Serumproben in einer rechteckigen, 7 x 10 mm großen Vorrichtung mit 25 Spalten entlang der längeren Abmessung und 35 Zeilen entlang der kürzeren Abmessung erzielt werden kann. Wie in Fig. 1 und 2 erläutert, liegt die Öffnung 20 vorzugsweise azentrisch, da gefunden wurde, daß auf diese Weise eine gleichmäßigere Ausbreitung der Flüssigkeit in der Flüssigkeits-Strömungszone erzielt werden kann.
Die Vorsprünge 22 können verschiedene Formen haben; z. B. können sie konvex, trapez- oder v-förmig sein. Die Wahl der Form ist in jedem speziellen Fall teilweise von der Anwendung der Vorrichtung abhängig. Z. B. ist es bei einer biologischen diagnostischen Testvorrichtung erwünscht, einen möglichst geringen Teil der Oberfläche des Testelements durch Kontakt mit den Vorsprüngen abzudecken, so daß eine gleichmäßige Probenflüssigkeitskonzentration auf das Element aufgebracht werden kann. Somit werden bei Analysenvorrichtungen, bei denen die Vorsprünge zur Festlegung des Abstands verwendet werden, vorzugsweise V-förmige Vorsprünge oder konische Vorsprünge mit einer ganz leicht gerundeten Spitze verwendet.
Eine Kapillarsperre 24 (siehe Fig. 5) kann in die erfindungsgemäßen Vorrichtungen eingebaut sein. Die Kapillarsperre dient dazu, die Probenflüssigkeit auf die Flüssigkeits-Strömungszone, die durch die Vorsprünge 22 festgelegt wird, zu begrenzen. Wie bereits erwähnt, ist es bei diagnostischen Analysenvorrichtungen wünschenswert, eine möglichst kleine Öffnung 20 zu haben, um eine Verdunstung der Probenflüssigkeit während des Analysenvorganges zu minimieren. Bei Plasma- oder Serumproben von 8-10 µl wurde gefunden, daß ein Öffnungsdurchmesser von etwa 2 mm ausreichend ist, um die unerwünschte Verdunstung der Probe zu minimieren. Je nach der Einführungsweise der Probe in die Öffnung, z. B. mit einer Pipette usw., kann unter bestimmten Umständen eine Situation entstehen, in der die Flüssigkeit aufgrund von Oberflächenspannungseffekten usw., in der Öffnung verbleibt und nicht mit der Oberfläche 18 in Kontakt tritt und in die Flüssigkeits-Strömungszone gezogen wird. Bei einer Ausführungsform kann ein Docht aus einem absorbierenden Material in der Öffnung angeordnet werden, um sicherzustellen, daß die Flüssigkeitsprobe mit der Oberfläche 18 in Kontakt gebracht und anschließend in die Flüssigkeits-Strömungszone gezogen wird. Die untere Oberfläche des Dochtes kann in Kontakt mit der Oberfläche 18 oder in einem kleinen Abstand davon stehen. Bei einer anderen Ausführungsform können ein oder mehrere kleine flüssigkeitsleitende Elemente so angeordnet werden, daß sie sich von der Peripherie der Öffnung 22 in die Flüssigkeits-Strömungszone hinein erstrecken. Wie bei dem absorbierenden Docht können die flüssigkeitsleitenden Elemente in tatsächlichen oder faktischen Kontakt mit der Oberfläche 18 stehen. Fig. 3 stellt eine Ausführungsform dar, bei der vier flüssigkeitsleitende Elemente 26 in der Öffnung angeordnet sind. Das erste Element 12 mit der Öffnung 20, den Vorsprüngen 22 und den flüssigkeitsleitenden Elementen 26 kann bei polymeren filmbildenden Materialien in einem Schritt, z. B. nach einem Spritzgußverfahren, hergestellt werden.
Bei den erfindungsgemäßen diagnostischen Analysenvorrichtungen kann das zweite Element 14 ein beliebiges diagnostisches Analysenelement (einschichtig oder mehrschichtig) darstellen. Ein typisches Dünnschicht-Analysenelement hat eine Dicke von etwa 0,1 mm und enthält eine oder mehrere Reagensschichten, die auf einer Trägerschicht liegen, die transparent oder opake sein kann. Das Analysenelement kann verschiedene andere bekannte Schichten enthalten, z. B. eine das Licht ausschließenden Schicht, um das Auslesen der signalerzeugende Spezies in einer Schicht ohne Störung durch die in einer anderen Schicht vorhandenen Materialien zu ermöglichen, eine Aufzeichnungsschicht, um eine signalerzeugenden Spezies, die in einer anderen Schicht gebildet oder aus dieser freigesetzt wurde, festzuhalten usw.. Fig. 4 erläutert eine bevorzugte Ausführungsform des in der erfindungsgemäßen Analysenvorrichtung enthaltenen Analysenelementes. Das Analysenelement enthält einen transparenten Träger 28, der die Reagensschicht 30, die das Licht ausschließende Schicht 32 und eine fakultative Schicht 34, die eine Reagensschicht, eine Proteinfilterschicht, eine Schutzschicht gegen Abrieb, usw., sein kann, trägt. Bei einer Ausführungsform enthält die Reagensschicht 30 einen Immunkomplex eines fluoreszenzmarkierten Antigens und eines gegen das Antigen gerichteten Antikörpers. Bei dieser Ausführungsform ist der Antikörper in der Schicht 30 immobilisiert, z. B. durch kovalente Bindung an die Oberfläche der Trägerschicht 28 oder eines Matrixmaterials, oder indem er physikalisch durch das Matrixmaterial festgehalten wird. Das Matrixmaterial kann ein nicht-poröses hydrophiles Gelmaterial, wie Gelatine, ein Polysaccharid, ein derivtisiertes Polysaccharid, einschließlich Mischungen davon, oder etwas vergleichbares sein. Die Licht ausschließende Schicht 30 kann jedes geeignete Material, wie z. B. Eisenoxid, Titandioxid, oder dergl. -verteilt in einem Bindungsmaterial wie Agaroseenthalten. Bei der Ausführungsform, bei der ein Immunkomplex in der Reagensschicht 30 vorhanden ist, ist die fakultative Schicht 34 eine Schutzschicht gegen Abrieb aus einem Material, wie einem Polysaccharid. Die Schicht 34 kann weggelassen werden, wenn der Immunkomplex in der Reagensschicht 30 vorhanden ist. Bei einer alternativen Ausführungsform ist ein fluoreszenzmarkiertes Antigen in der Schicht 34 verteilt, und die Schicht 30 enthält den immobilisierten Antikörper. In der Praxis wird die Flüssigkeitsprobe in die Öffnung 20 des ersten Teils eingeführt und mit Hilfe der Vorsprünge 22 gleichmäßig über die Oberfläche des Analysenelements verteilt. Somit wird eine gleichmäßige Konzentration jedes in der Probe enthaltenen Analyten über das Analysenelement verteilt, die Flüssigkeit diffundiert durch die Schichten 30, 32 und 34, füllt die Flüssigkeits-Strömungszone zwischen der Oberfläche von Schicht 34 und der Oberfläche 16 des ersten Teils 12, und es stellt sich ein Gleichgewicht ein. Falls vorhanden, wird der Probenanalyt, in dieser veranschaulichenden Beschreibung ein interessierendes Antigen, mit dem fluoreszenzmarkierten Antigen (das gleiche Antigen wie das Probenantigen oder ein Analog davon), um die verfügbaren Bindungsstellen auf dem Antikörper in Wettbewerb treten. Falls das fluoreszenzmarkierte Antigen ursprünglich an den Antikörper in der Schicht 30 komplexiert ist, dissoziiert der erstere davon ab und wird durch das Probenantigen in einem Verhältnis ersetzt, das den relativen Mengen an Probenantigen und fluoreszenzmarkjertem Antigen ungefähr entspricht. Falls das fluoreszenzmarkierte Antigen ursprünglich in der oberen Schicht 34 enthalten ist, diffundiert es zusammen mit der Flüssigkeitsprobe in die Schicht 30 und tritt mit dem Probenantigen um die Bindungsstellen auf dem immobilisierten Antikörper in Wettbewerb. Somit bindet sich bei jeder Ausführungsform in Abhängigkeit von der in der Probe anwesenden Antigenmenge ein gewisser Prozentsatz des fluoreszenzmarkierten Antigens an die immobilisierten Antikörper, die nicht an das Probenantigen gebunden sind. Der Rest des markierten Antigens verteilt sich über die restliche Vorrichtung, z. B. in den Schichten 32 und 34 und der Flüssigkeits-Strömungszone zwischen der Oberfläche der Schicht 34 und der gegenüberliegenden Oberfläche 16 des ersten Teils 12. Die Menge des markierten Antigens, die zu jedem Zeitpunkt an die immobilisierten Antikörper in der Reagensschicht 30 gebunden ist, ist umgekehrt proportional zu der Menge des Probenantigens. Eine quantitative Bestimmung des Probenantigens erfolgt durch die Bestrahlung der immobilisierten Antikörperschicht mit einer geeigneten Anregungsenergie durch die transparente Unterlage. Da die immobilisierte Antikörperschicht 30 verglichen mit der Gesamtdicke der Schichten 32 und 34 und der Flüssigkeitszone sehr dünn ist, z. B. ungefähr im Verhältnis 1:20 bis 1:100, und da die das Licht ausschließende Schicht 32 jede Anregungsenergie daran hindert, in die Schicht 34 oder in die Flüssigkeits-Strömungszone einzudringen, mißt das optische Auslesesystem die Menge des markierten Antigens, die an den immoblisierten Antikörper gebunden ist, sowie einen sehr geringen Prozentsatz des freien markierten Antigens, das in der restlichen Vorrichtung verteilt ist. Wie bereits erwähnt, ist das Auslesesignal umgekehrt proportional zu der Menge des Probenantigens, d. h., das Signal nimmt mit steigender Menge an Probenantigen ab.
Bei kommerziellem Gebrauch wird die erfindungsgemäße diagnostische Analysenvorrichtung vorzugsweise mit einem automatischen Testapparat verwendet, der die Analyse automatisch durchführt und das Ergebnis aufzeichnet. Bei diesem Testapparat wird die diagnostische Analysenvorrichtung typischerweise in einen Halter eingespannt, der ein intregraler Teil des Apparats sein kann. Falls die Analysenvorrichtung eine flache ebene Form hat und in einem automatisierten Testapparat verwendet wird, sollte der Teil der Vorrichtung, der gelesen wird, in einem festen Abstand zum optischen Auslesesystem sein. Diese Bedingung kann durch verschiedene Verfahren sichergestellt werden. Fig. 5 erläutert eine Ausführungsform einer Analysenvorrichtung, wobei das Analysenelement 40 durch einen Trägerteil 42, der aus einem polymeren, filmbildenden Material hergestellt sein kann, in einer flachen Position gehalten wird. Das Trägerteil 42, das transparent oder opake sein kann, schließt einen transparenten Fensterbereich 44 ein, durch den das in dem Analysenelement entwickelte Signal mit dem optischen System ausgelesen werden kann.
Die Erfindung wird nun hinsichtlich spezifisch hergestellter Ausführungsformen weiter im Detail anhand von Beispielen beschrieben, wobei darauf hingewiesen wird, daß diese nur zur Erläuterung gedacht sind, und die Erfindung nicht auf die hier angeführten Materialien, Bedingungen, Apparate oder Verfahrensparameter, usw., beschränkt ist.

Beispiel I

Es wurde ein Analysenelement hergestellt, das eine transparent unterschichtete photographische Filmgrundschicht aus Polyethylenterephthalat enthält, auf die in der angegebenen Reihenfolge die folgenden Schichten aufgebracht sind:
1. Eine Reagensschicht, enthaltend 10 mg/m² eines 1:1 Immunkomplexes aus einem Rhodamin-fluoreszenzmarkierten Theophyllin, dargestellt durch die Formel:
und einem monoklonalen Theophyllinantikörper (kommerziell erhältlich von Kallestad Diagnostics, Austin, Texas); und einem Puffer in 500 mg/m² eines nicht-porösen hydrophilen Gelmatrixmaterials, das aus einer Mischung aus einem Polysaccharid und einem derivatisierten Polysaccharid besteht;
2. eine das Licht ausschließenden Schicht, enthaltend 6000 mg/m² Eisenoxid, 180 mg/m² Tween 20 , einem Detergens, das von Rohm und Haas Co. erhältlich ist, und einem Puffer in 2000 mg/m² eines Polysaccharids;
3. eine Schicht, enthaltend 372 mg/m² Ethylendiamin- Tetraessigsäure, 40 mg/m² Phenoxynaphthalensulfonsäure, 180 mg/m² Tween 20 und einen Puffer in 2000 mg/m² eines Polysaccharids.
Das Analysenelement wurde in eine erfindungsgemäße Mehrschicht-Analysenvorrichtung eingeschlossen, indem es mit einer Schicht kombiniert wurde, die, wie in Fig. 1 dargestellt, auf einer Oberfläche Vorsprünge trug. Die Flüssigkeits-Verteilungsschicht stellte eine opake Polystyrolschicht von 7 x 10 mm dar, die eine Öffnung enthielt und auf der Oberfläche, die der oberen Deckfläche des Testelements gegenüberlag, ein geordnetes Muster aus etwa 60 µm hohen Vorsprüngen trug, von denen jeweils 38 in 25 Spalten angeordnet waren.

Claims

1. Diagnostische Analysenvorrichtung (10) enthaltend ein erstes Teil (12) und ein diagnostisches Analysenelement (14), wobei das erste Teil (12) und das Analysenelement (14) einander gegenüberliegende Oberflächen (16, 18) haben, die voneinander in einem Abstand durch eine beabsichtigte Flüssigkeits- Transportzone getrennt sind, die einen Kapillarfluß einer dazwischen eingeführten Probenflüssigkeit durch die beabsichtigte Flüssigkeits- Transportzone ermöglicht, und eine Einrichtung (20) zur Einführung einer Flüssigkeit zwischen die einander gegenüberliegenden Oberflächen (16, 18) des ersten Teils (12) und des Analysenelements (14), wobei die gegenüberliegende Oberfläche (16) des ersten Teils mehrere diskrete und unzusammenhängende Vorsprünge (22) enthält, die auf der Oberfläche in der beabsichtigten Flüssigkeits-Transportzone angeordnet sind und die mit der gegenüberliegenden Oberfläche (18) des Analysenelements in nicht-bindender Berührung oder in faktischer Berührung stehen.

2. Diagnostische Analysenvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (22) in parallel beabstandeten Zeilen und Spalten angeordnet sind.

3. Diagnostische Analysenvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (22) eine Höhe von 50 bis 150 µm haben.

4. Diagnostische Analysenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (12) ein Material enthält, das für die zu untersuchende Flüssigkeit undurchlässig ist.

5. Diagnostische Analysenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (20) zur Einführung von Flüssigkeit eine Öffnung (20) im ersten Teil enthält.

6. Diagnostische Analysenvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich mindestens ein flüssigkeitsleitendes Element (26) enthält, das, ausgehend von der Öffnung, im Kontakt oder im faktischen Kontakt mit der gegenüberliegenden Oberfläche des Analysenelements steht.

7. Diagnostische Analysenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das diagnostische Analysenelement mindestens eine Reagensschicht (30) enthält, die durch eine Unterlage (28) getragen ist.

8. Diagnostische Analysenvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (28) für Strahlungswellenlängen durchlässig ist, die zur Gewinnung eines Signals, welches eine Funktion eines Analyten in einer flüssigen Probe ist, verwendet werden.

9. Diagnostische Analysenvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das diagnostische Analysenelement (14) eine Unterlage (28) enthält, die eine Reagensschicht (30) trägt, welche wiederum eine das Licht ausschließende Schicht (32) trägt.

10. Diagnostische Analysenvorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reagensschicht (30) einen Immunkomplex eines markierten Analyten enthält, der mit einem immobilisierten Bindungspartner komplexiert ist.

11. Diagnostische Analysenvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungssubstanz eine fluoreszierende Gruppierung darstellt.