DE69433691T2

DE69433691T2 - Vorrichtung zur feststellung von viskositätsänderungen in fluidproben, sowie ein verfahren dazu

Info

Publication number: DE69433691T2
Application number: DE69433691T
Authority: DE
Inventors: Graham Davis; R. Imants LAUKS; P. Michael ZELIN
Original assignee: iStat Corp
Current assignee: Abbott Point of Care Inc
Priority date: 1993-10-28
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2014-10-01
Also published as: CN1046998C; TW286360B; US5447440A; EP0727044A4; WO1995012117A1; AU7844694A; EP0727044A1; CN1138377A; EP0727044B1; JP3392871B2; CA2175228C; JPH09504372A; DE69433691D1; ATE263963T1; US5628961A; KR100237946B1; CA2175228A1; AU680305B2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Apparatur zur Durchführung einer Vielzahl von Tests, die auf eine Veränderung der Viskosität eines Probenfluids reagieren; sie betrifft außerdem Verfahren zur Durchführung solcher Tests. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Kartusche zur Durchführung eines oder mehrerer Blutgerinnungstests (Koagulationstests) oder, umgekehrt, von Fibrinolysetests. Die vorliegende Erfindung macht außerdem Gebrauch von einer Pumpvorrichtung zum Bewegen einer Fluidprobe. In einer Ausführungsform wird die Probenbewegung erreicht, indem reversibel, schnell und reproduzierbar Druck auf ein Probenfluid ausgeübt wird, um eine weitgehend hin und her verlaufende Bewegung auszulösen, die wiederum über einen geeigneten Sensor detektierbar ist. Die offenbarte Vorrichtung zeichnet sich durch Einfachheit aus und lässt sich an den Bereich der klinischen Schnelldiagnostisk anpassen, einschließlich der Verwendung an Unfallorten, in Notaufnahmen oder Betreuungseinheiten der Intensivmedizin.
Technischer Hintergrund
Die Aufrechterhaltung von Blut im flüssigen Zustand, die so genannte Hämostase (Blutungsstopp bei Aufrechterhaltung der Fließfähigkeit) erfordert ein feines Gleichgewicht von Pro- und Antikoagulantien. Prokoagulantien verhindern exzessives Bluten, indem sie den Blutaustritt aus einem verletzten Gefäß blockieren, wogegen Antikoagulantien die Ausbildung von Blutgerinnseln im Blutkreislaufsystem verhindern, die ansonsten zur Verstopfung von Blutgefäßen und damit zu Herzinfarkt oder Hirnschlag führen würden.
Die biochemische Reaktionsabfolge, die zu einem Blutgerinnsel führt, wird als Blutgerinnungskaskade bezeichnet. Der Mechanismus basiert auf der katalytischen Umwandlung von Fibrinogen, einem löslichen Plasmaprotein, zu unlöslichem Fibrin. Das Enzym, das diese Reaktion katalysiert, ist Thrombin, das nicht fortdauernd in aktiver Form im Blut zirkuliert, sondern dort als Prothrombin, dem inaktiven Vorläufer von Thrombin, vorliegt. Die Umwandlung zu Thrombin geschieht in Gegenwart von Calciumionen und Gewebe-Thromboplastin. Diese Mechanismus ist als der „extrinsische pathway" (extrinsischer Reaktionsweg) bekannt. Ein zweiter, komplexerer, intrinsischer Reaktionsweg wird durch mit Blutplättchen assoziierte Gerinnungsfaktoren aktiviert, und ist wissenschaftlich gut verstanden.
Die Auflösung eines Blutgerinnsels, die so genannte Fibrinolyse, erfordert die Umwandlung von Fibrin in ein lösliches Produkt. Diese Lyse wird durch das proteolytische Enzym Plasmin katalysiert, das in einer inaktiven Form, dem Plasminogen, zirkuliert. Gewebe-Plasminogenaktivator (tissue plasminogen activator, tPA), bakterielle hämolytische Enzyme (z. B. Streptokinase) und im Urin entdeckte proteolytische Humanenzyme (z. B. Urokinase) aktivieren sämtlich Plasminogen. Diese Substanzen werden in der thrombolytischen Therapie angewendet.
Die Diagnose hämorrhagischer Krankheitszustände wie etwa der Hämophilie (Bluterkrankheit), bei denen ein oder mehrere der zwölf Blutgerinnungsfaktoren defekt sein können, kann durch eine große Vielfalt an Blutgerinnungstests erreicht werden. Zusätzlich sind verschiedene Tests entwickelt worden, um den Verlauf einer thrombolytischen Therapie zu überwachen. Andere Tests sind entwickelt worden, um einen präthrombolytischen Zustand oder einen hypergerinnungsfähigen Zustand anzuzeigen oder die Wirkung der Verabreichung von Protamin an Patienten während cardiopulmonärer Bypassoperationen zu überwachen. Der wesentliche Wert von Blutgerinnungstests liegt jedoch in der Überwachung oraler und intravenöser Therapien zur Hemmung der Blutgerinnung. Zwei der diagnostischen Haupttests, bzw. Hauptparameter, sind die „aktivierte partielle Thromboplastin-Zeit" (activated partial thromboplastin time, APTT) und die „Prothrombin-Zeit" (prothrombin time, PT).
Ein APTT-Test bewertet die intrinsischen und allgemeinen Reaktionswege der Blutgerinnung. Aus diesem Grund wird APTT oft verwendet, um die Blutgerinnungshemmung mittels intravenöser Heparin-Behandlung zu überwachen. Spezifisch misst dieser Test die Zeit bis zur Ausbildung eines Fibringerinnsels, nachdem das aktivierende Agens, Calcium, sowie ein Phospholipid zu der mit Citrat versetzten Blutprobe hinzu gegeben wurden. Die Anwendung von Heparin hat die Wirkung, die Gerinnselbildung zu unterdrücken.
Ein PT-Test bewertet die extrinsischen und allgemeinen Reaktionswege der Blutgerinnung; er wird daher verwendet, um orale Therapien der Blutgerinnungshemmung zu überwachen. Das orale Antikoagulans Coumadin unterdrückt die Bildung von Prothrombin. Folglich basiert der Test auf der Zugabe von Calcium und Gewebe-Thromboplastin zu der Blutprobe.
Die Standard-Labortechnik für Blutgerinnungstests verwendet typischer Weise ein turbidimetrisches Verfahren (siehe z. B. US-Patent Nr. 4,497,774). Zur Analyse werden Vollblut-Proben in einem Citrat enthaltenden Behälter („Vacutainer") gesammelt und dann zentrifugiert. Das Testverfahren wird mit Plasma durchgeführt, dem ein hinreichender Überschuss an Calcium zugegeben wurde, um die Wirkung des Citrats zu neutralisieren. Für einen PT-Test wird Gewebe-Thromboplastin als Trockenreagens, das vor der Verwendung wiederhergestellt wird, eingesetzt. Dieses Reagens ist hitzeempfindlich und wird instrumentell auf 4°C gehalten. Aliquots von Probe und Reagens werden in eine Küvette übertragen, die auf 37°C erwärmt ist, und die Messung erfolgt im Bezug auf eine Veränderung der optischen Dichte.
Als Alternative zu dem turbidimetrischen Verfahren, haben Beker et al. (siehe Haemostasis (1982) 12: 73) ein chromogenes (farbbildendes) PT-Reagens (Thromboquant PT) eingeführt. Der Test basiert auf der Hydrolyse von p-Nitroanilin aus einem modifizierten Peptid, Tos-Gly-Pro-Arg-pNA, durch Thrombin und wird spektrophotometrisch verfolgt.
Blutgerinnungs-Testvorrichtungen sind für die Analyse von Vollblut bekannt. So ist z. B. eine Einheit in Form einer Anwendungs-Kartusche beschrieben worden, bei der Trockenreagentien in den Analysator eingebracht werden, der dann auf 37°C erwärmt wird, bevor ein Tropfen Blut zugegeben wird. Die Probe wird durch Kapillaranziehung mit dem Reagens gemischt. Der Detektionsmechanismus basiert auf Laserlicht, das durch die Probe hindurch tritt. Blutzellen, die sich entlang der Fließstrecke bewegen, ergeben ein gesprenkeltes Muster, das für nicht geronnenes Blut spezifisch ist. Wenn das Blut gerinnt, lässt die Bewegung nach, bzw. hört auf und ergibt ein für geronnenes Blut spezifisches Muster. Mehrere Patente offenbaren Aspekte dieser Technik und sind unten stehend weiter beschrieben.
US-Patent Nr. 4,731,330 offenbart eine lyophilisierte Vollblut-Kontrollprobe, die aus fixierten roten Blutzellen und Plasma-Feststoffen einschließlich Gerinnungsfaktoren besteht. Standard-Plasma-Kontrollen können für dieses System nicht verwendet werden, da die Detektion auf der Bewegung roter Blutzellen basiert. Das US-Patent Nr. 4,756,884 offenbart die Komponententeile der Kartuschen-Technik, die auf Kapillaranziehung basiert, einschließlich bestimmter Antikörper und Reagenzien für die Blutgerinnung. US-Patent 4,948,961 offenbart die Komponenten und das Verfahren zur Benutzung einer optischen Simulatorkartusche, die zusammen mit dem obigen Instrument verwendet wird. Das US-Patent Nr. 4,952,373 offenbart einen Plastik-Schutzschild, der einen unbeabsichtigten Transfer des Blutes von der Blut-Einlassöffnung der Kartusche in die Testregion des Instruments verhindert.
US-Patent 4,963,498 offenbart ein Verfahren zur Gewinnung chemischer Informationen aus der Kapillaranziehungs-Kartusche. US-Patent Nr. 5,004,923 offenbart optische Merkmale über die das obige Instrument die Kartusche „befragt". US-Patent Nr. 5,039,617 offenbart eine Vorrichtung zur APTT, die Vollblut verwendet, wobei die Probe mit den Reagenzien vermischt wird, wenn sie durch Kapillarkraft entlang eines Fließweges befördert wird. Das aktivierende Reagenz, Sulfatid oder Sulfoglykosylsphingolipid, bewirkt eine Gerinnselbildung, die von Hämatokrit unabhängig ist. EP 0368624 A2 offenbart ein Verfahren zur Bereitstellung von trockenen, jedoch leicht resuspendierbaren, stabilen Latexpartikeln auf einer Oberfläche. EP 0395384 A2 offenbart ein Codierungsverfahren, durch das verschiedene Typen von Kartuschen identifiziert werden können.
Es ist weiterhin eine als Einheit vorliegende, bzw. zu verwendende Kartusche beschrieben worden, die zwei Kapillarröhrchen beinhaltet, die gleichzeitig Blut aus einem einzigen Fingerstift abziehen. Diese Ausgestaltung erlaubt Doppelmessungen oder zwei verschiedene Messungen, die auf der Beschichtung mit verschiedenen Reagenzien basieren. Die PCT-Anmeldung WO 89/06803 beschreibt die obige Vorrichtung zur Messung der Blutgerinnung, basierend auf Änderungen der Lichtdurchlässigkeit durch ein Kapillarröhrchen.
Auf der anderen Seite beschreibt das US-Patent Nr. 3,695,842 ein Verfahren zur Analyse der Umwandlung einer Flüssigkeit in eine gelatineartige oder feste Masse, das auf die PT und APTT angewendet wird. Das Gerinnungssystem verwendet einen Vacutainer, der alle benötigten Reagenzien enthält, ebenso auch einen ferromagnetischen Bestandteil. Sobald die Blutprobe in den Vacutainer gesogen worden ist, wird sie in einer abgeschrägten Weise in dem Instrument platziert. Dieser Vorgang bewirkt, dass der ferromagnetische Bestandteil am Boden des Röhrchens in enger Nachbarschaft zu einem magnetischen Reedschalter (Zungenschalter) sitzt. Wenn die Probe rotiert wird, wird durch die Schwerkraft sichergestellt, dass der Bestandteil nahe bei dem Reedschalter bleibt. Wenn jedoch das Blut zu gerinnen beginnt, nimmt die Viskosität bis zu dem Punkt zu, an dem der Bestandteil mit der Blutprobe zu rotieren beginnt. Der Reedschalter wird somit aktiviert und erlaubt eine Bestimmung der Gerinnungszeit.
Es ist eine weitere Anordnung beschrieben worden, die auf der Verwendung magnetischer Partikel basiert, die in ein Trockenreagens gemischt werden, das sich innerhalb einer flachen Kapillarkammer befindet. Ein angelegtes oszillierendes Magnetfeld des Instruments lässt die Partikel oszillieren, sobald sich das Reagens im Blut gelöst hat. Diese Bewegung wird optisch verfolgt. Wenn das Blut gerinnt, werden die Partikel eingeschlossen und die Bewegung wird verringert. Fibrinolyse-Tests werden durchgeführt, indem man den umgekehrten Vorgang beobachtet (siehe Oberhardt et al., Clin. Chem. (1992) 37: 520). Das obige, auf magnetischen Partikeln basierende Verfahren, ist auch im US-Patent Nr. 5,110,727 beschrieben.
Ein anderes Verfahren zum Nachweis der Blutgerinnung basiert auf der Ultraschall-Zerstreuung von 200 Mikrometer Glaskügelchen, die in einer Blutprobe suspendiert werden. Amplituden- und Phasenveränderungen der Verteilungswellen werden benutzt, um die Blutgerinnung zu messen (siehe Machado et al., J. Acoust Soc. Am. (1991) 90: 1749).
Shenaq und Saleem, in „Effective Hemostasis in Cardiac Surgery", Herausgeber: Ellison, N und Jobes, D. R., Saunder & Co., (1988) verwenden eine Ultraschall-Sonde, die in eine Küvette eingesetzt wird, die die Probe und die Reagenzien enthält. Die Ultraschall-Sonde reagiert auf die Gerinnselbildung in der Küvette und kann so verwendet werden, um die Gerinnungsdauer zu messen.
Es ist ein automatischer Gerinnungszeit-Messer beschrieben worden, der die aktivierte Gerinnungszeit (activated clotting time, ACT) in Blutproben von Patienten während eines cardiopulmonären Bypasses misst. Die Probe wird in eine Kartusche gegeben, die eine Rührvorrichtung beinhaltet, auf welcher sich das Blutgerinnsel bildet. Die Bewegung der Rührvorrichtung wird über einen Lichtoptischen Detektor kontrolliert (siehe Keeth et al., Proceedings Am. Acad. Cardiovascular Perfusion (1988) 9: 22).
Es ist ein Instrument zur automatischen Aufzeichnung der Auflösungszeit (Lysezeit) eines Blutgerinnsels beschrieben worden, das auf einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit basiert (siehe Wilkens und Back, Am. J. Clin. Pathol. (1976) 66: 124). Im ersten Schritt werden Streptokinase, Thrombin und Fibrinogen in ein Röhrchen gegeben. Sobald sich ein Gerinnsel gebildet hat, wird das Röhrchen partiell umgedreht, so dass, wenn die Streptokinase das Gerinnsel auflöst, die Lösung das Röhrchen hinab fließt und in ein zweites Rohr tropft, bei dem eine Elektrode am Boden positioniert ist, sowie eine andere Elektrode weiter oben im Rohr. Wenn die Flüssigkeit die zweite Elektrode erreicht, wird ein digitaler Zeitmesser gestoppt und ergibt einen Wert für die Zeit der Gerinnselauflösung.
Es ist ein weiteres Verfahren zur Messung der Lysezeit von Blutgerinnseln beschrieben worden, das auf der Unterbrechung eines elektrischen Kreislaufs basiert, der durch einen einzelnen Fibrinstrang aufrecht erhalten wird (siehe Folus und Kramer, J. Clin. Pathol. (1976) 54: 361).
Die Offenbarung des US-Patents Nr. 5,096,669 beinhaltet das allgemeine Format zur Testung der Blutchemie (z. B. Blutspiegel von Kalium und Glukose) und die Verwendung einer Blase, um ein Probenfluid in einer einzigen Richtung zu einer Sensorregion zu bewegen. Insbesondere ist die Variation der Geschwindigkeit oder Bewegungsrichtung oder das Oszillieren einer Fluidprobe nirgendwo offenbart, als Lehre präsentiert oder nahe gelegt.
Es verbleibt somit ein Bedarf für eine Apparatur und ein Verfahren zur Durchführung von Tests, die auf Veränderungen der Viskosität einer Fluidprobe reagieren, wobei Apparatur und Verfahren im Bereich der Schnellbehandlung verwendet werden können, insbesondere an Orten wie etwa einer Arztpraxis, die keinen direkten Zugang zu einer zentralen Untersuchungseinheit haben, und wobei Apparatur und Verfahren optional durch Methoden der Mikrofabrikation hergestellt werden können und in praktischer Weise dahin gehend angepasst werden können, dass sie eine Vielzahl von Tests einschließlich der Untersuchung von Blutgas und Analyten einbeziehen können.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im weitesten Sinn eine Kartusche zur Messung einer Veränderung der Viskosität einer Fluidprobe und zur Einführung in eine externe Lesevorrichtung angepasst, wobei die Kartusche aufweist:

(a) ein Gehäuse, das mit einem oder mehreren Verbindungsmittel(n) zum Ankuppeln des Gehäuses an eine oder mehrere (der) externe(n) Vorrichtung(en) ausgerüstet ist und das mit einer Fluidprobe gefüllt werden kann und das mit einer Probenverdrängungseinrichtung zur Ausübung einer Kraft auf die Fluidprobe, die zur Verdrängung mindestens eines Teils der Fluidprobe in dem Gehäuse ausreicht, ausgerüstet ist und
(b) mindestens ein in dem Gehäuse enthaltenes Reagenz, das nach dem Kontakt mit der Fluidprobe eine Veränderung der Viskosität der Fluidprobe beschleunigen kann,

Es ist nun überraschender Weise herausgefunden worden, dass die oben genannten Erfordernisse und Weitergehendes von der Apparatur der vorliegenden Erfindung erfüllt werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine wegwerfbare Einweg-Kartusche offenbart, welche zusammen mit einer externen Lesevorrichtung Informationen bezüglich der Neigung einer Fluidprobe, Änderungen der Viskosität zu durchlaufen, bereitstellen kann. Insbesondere können diagnostische Daten über biologische Flüssigkeiten erhalten werden, wie etwa Gerinnungs- und Fibrinolyse-Eigenschaften von Vollblut-Proben.
Es ist von größter Bedeutung, dass die offenbarte Apparatur eine Reihe von Tests („Testbatterie") beinhalten kann, die alle gleichzeitig bei einer einzigen Fluidprobe durchgeführt werden können, im allgemeinen in einem Bereich von einigen zehn Sekunden. So beträgt z. B. die Zeit, die zur Durchführung eines normalen PT-Tests benötigt wird, etwa 12 Sekunden, während etwa 300–500 Sekunden für ACT-Tests benötigt werden können, wenn das Blut von hochgradig mit Heparin behandelten Patienten verwendet wird. Die Apparatur der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise so angepasst, dass Verfahren der Mikrofabrikation und entsprechende Bauteile/Vorrichtungen, insbesondere durch Mikrofabrikation hergestellte elektrochemische Sensoren, verwendet werden können, um eine optimale Ausgestaltung, bzw. Anordnung der Kartusche und eine reproduzierbare Gewinnung, Handhabung, Weiterverarbeitung und Speicherung von Daten zu ermöglichen.
In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Gehäuse mit einem oder mehreren Verbindungsmitteln ausgestattet, um das Gehäuse an eine oder mehrere mechanische, elektronische oder optische Vorrichtungen) anzukoppeln. Zum Beispiel kann die Kartusche elektromechanische Verbindungsmittel aufweisen, um ein Ankoppeln der Kartusche an eine externe Lesevorrichtung zu erlauben, die eine Vielzahl an Funktionen einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Aufzeichnung, Anzeige, Manipulation, Speicherung oder anderes, ausführt, wobei die ausführbaren Messungen unter Verwendung der Kartusche der Erfindung nutzbar gemacht werden.
Eine andere Vorrichtung, an welche die Erfindung angekoppelt werden kann, ist eine optische Detektionsvorrichtung, welche die Bestimmung der Position einer Gas/Flüssigkeits-Grenzfläche erlaubt. In einem weiteren Fall kann es sich um eine Vorrichtung handeln, die eine Probenrückhalteeinrichtung beinhaltet, die dazu in der Lage ist, das Gehäuse mit der Fluidprobe zu beladen. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Probenrückhalteeinrichtung außerdem eine Fluidproben-Entnahmeeinrichtung, die z. B. zum Ziehen einer Probe verwendet werden kann. Die Probenrückhalte-/Entnahmeeinrichung kann dann mit der Kartusche der vorliegenden Erfindung verbunden werden, um das Gehäuse mit der Fluidprobe zu befüllen. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung bildet die Probenrückhalteeinrichtung einfach einen integralen Teil des Gehäuses und kann mit der Fluidprobe beladen werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Kartusche mit einer Verdrängungseinrichtung für die Fluidprobe ausgestattet. Zum Beispiel kann die Kartusche mit einer externen Pumpeinrichtung verbunden sein, die dann in der Lage ist, eine Kraft auf die Fluidprobe auszuüben, um die Probe im Gehäuse zu bewegen. Alternativ kann die Probenverdrängungseinrichtung eine Pumpeinrichtung sein, die bereits einen integralen Teil der Kartusche darstellt. Auf jeden Fall erlaubt es die Betätigung der Probenverdrängungseinrichtung, wenigstens einen Teil der Fluidprobe über die Sensoreinrichtung zu bewegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kraft, die auf die Fluidprobe angewendet wird, ebenso wie die nachfolgende Bewegung der Fluidprobe, reversibel, so dass wenigstens ein Teil der Fluidprobe in einer weitgehend hin und her gerichteten Weise über die Sensoreinrichtung verdrängt wird. Bei Kontakt der Fluidprobe mit dem Reagenz werden die nachfolgenden Veränderungen der Viskosität der Fluidprobe dann im Gegenzug gemessen, indem die Oszillationsfrequenz, die Amplitude oder diesbezügliche Veränderungen bei der Fluidprobe überwacht werden. Alternativ ist die Sensoreinrichtung befähigt, Veränderungen der elektrischen Eigenschaften der Fluidprobe selbst zu detektieren. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Sensoreinrichtung die Position der Grenzschicht zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit (z. B. die Gas/Flüssigkeits-Grenzschicht zwischen Luft und der Fluidprobe oder zwischen Luft und einem Kalibriermittel) detektieren.
Bei einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Apparatur zur Durchführung eines Tests offenbart, welcher auf eine Veränderung der Viskosität einer Fluidprobe reagiert, umfassend: (a) wenigstens einen Sensor, der gegenüber der Verdrängung einer Fluidprobe über den Sensor empfindlich ist; (b) wenigstens ein Reagenz, das befähigt ist, eine Veränderung der Viskosität einer Fluidprobe zu beschleunigen; (c) eine Probenrückhalteeinrichtung, um eine Fluidprobe ohne Kontakt mit dem Sensor und dem Reagenz zurückzuhalten; und (d) eine Pumpeinrichtung (bzw. Pumpeinrichtungen) zum Ausüben von Druck auf eine Fluidprobe in der Probenrückhalteeinrichtung, um wenigstens einen Teil der Fluidprobe über den Sensor zu verdrängen. Vorzugsweise werden die Kraft oder der Druck reversibel appliziert, um die Fluidprobe dazu zu veranlassen, sich weitgehend in hin und her gerichteter Weise zu bewegen, so dass die Fluidprobe mit dem Reagenz in Kontakt tritt, das die Veränderung der Viskosität der Fluidprobe anregt, bzw. beschleunigt. In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Pumpeinrichtung bereit gestellt, die ein elastisches Diaphragma in Fluidverbindung mit der Probenrückhalteeinrichtung umfasst. Ein bevorzugtes Diaphragma kann mit einer inneren Feder oder einem inneren Gummischwamm ausgestattet sein, um die schnelle, reproduzierbare Komprimierung und Dekomprimierung des Diaphragmas zu unterstützen.
Wie zuvor erwähnt, stellt die vorliegende Erfindung auch Kartuschen bereit, die an eine externe Lesevorrichtung angekoppelt werden können, die eine Anzahl an Funktionen durchführt. Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Apparatur, bei der der Sensor ein Signal für eine externe Lesevorrichtung bereitstellt, die einen (Druck-)Kolben betä tigt, um das Diaphragma zu komprimieren und zu dekomprimieren. Da, wo der Sensor ein Leitfähigkeitssensor ist, bevorzugt ein durch Mikrofabrikation hergestellter Leitfähigkeitssensor, ist das Signal ein Ausgabeergebnis der Leitfähigkeit. Bei einer Ausführungsform veranlassen Ausgabesignale unterhalb eines ersten, vorab gewählten Wertes die Lesevorrichtung dazu, den Kolben zu betätigen, um das Diaphragma zu komprimieren, und Ausgabesignale oberhalb eines zweiten, vorab gewählten Wertes veranlassen die Lesevorrichtung, den Kolben zu betätigen, um das Diaphragma zu dekomprimieren. Zusätzlich zur Bereitstellung einer Rückkopplungs-Methodik kann die externe Lesevorrichtung auch eine Möglichkeit zur Signalweiterverarbeitung bereit stellen, in welcher Rohdaten weiterverarbeitet werden können, um die Menge an nützlicher Information, die in einem gegebenen Test erhalten werden kann, zu vergrößern. Alternativ kann das Diaphragma mit einer konstanten, vorab festgelegten Rate komprimiert und dekomprimiert werden, und die Reaktion der Fluidprobe, die eine Veränderung ihrer Viskosität durchmacht, wird von dem Sensor überwacht. Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung beinhalten Kartuschen, die auf einer gegebenen Temperatur gehalten werden können, bevorzugt bei physiologischer Temperatur.
Verschiedene Fluidproben können gemäß der vorliegenden Erfindung getestet werden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf biologische Flüssigkeiten wie etwa Vollblut und Plasma. Die vorliegende Erfindung ist außerdem besonders nützlich zur Durchführung von Tests an mit Antikoagulantien behandelten Blutproben einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf mit Heparin oder Citrat behandeltes, bzw. versetztes Vollblut.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Kartusche entsprechend der hier vorliegenden Beschreibung zur Messung einer Veränderung der Viskosität einer Fluidprobe bereit, wobei das Gehäuse eine Probenrückhalteeinrichtung beinhaltet, die mit einer Fluidprobe beladen werden kann, und wobei die besagte Probenverdrängungseinrichtung eine Pumpeinrichtung beinhaltet, die eine Kraft auf die Fluidprobe in der Probenrückhalteeinrichtung ausüben kann, die ausreicht, um wenigstens einen Teil der Fluidprobe in dem Gehäuse zu verdrängen. Bei einer Ausführungsform beinhaltet die Kartusche weiterhin mindestens eine Leitung, die die Fluidprobe mit der Sensoreinrichtung verbindet. Das Reagenz ist vorzugsweise in der Leitung lokalisiert. Das Reagenz ist vorzugsweise ausgewählt aus Calcium und Phospholipid, Calcium und Gewebe-Thromboplastin oder teilchenförmigem Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kaolin, Diatomeenerde/Diatomeensubstanz, Celit, fein verteiltem Glas oder Gemischen hiervon.
Eines oder mehrere Elemente der hier beschriebenen Kartusche können in modularer Form angefügt oder abgenommen werden. In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt diese eine Kartusche gemäß der hier vorliegenden Beschreibung bereit, bei der die Sensoreinrichtung mindestens eine Region, definiert innerhalb des Gehäuses, enthält, in der die Position der Grenzschichten der Fluidprobe und der Luft überwacht werden können, wenn sich die besagte Grenzfläche bei Verdrängung der Fluidprobe bewegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Region ein durchsichtiges Fenster, durch welches die Position der Grenzfläche mittels optischer Detektionseinrichtungen bestimmt werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Sensoreinrichtung einen Leitfähigkeitssensor. Die Kartusche kann verwendet werden, um eine Veränderung der Viskosität einer Fluidprobe im Rahmen eines Fluidkoagulationstests, eines Fluidagglutinationstests oder eines Aminoassays zu messen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Apparatur zur Durchführung eines Bluttests für die Prothrombinzeit bereit zu stellen, umfassend: (a) wenigstens einen Leitfähigkeitssensor, der gegenüber der Verdrängung einer Blutprobe über den Sensor empfindlich ist; (b) wenigstens ein Reagenzgemisch, das Thromboplastin und Calciumionen enthält; (c) eine Probenrückhalteeinrichtung zum Zurückhalten der Blutprobe von einem Kontakt mit dem Sensor und dem Reagenz; (d) eine Pumpeinrichtung (bzw. Pumpeinrichtungen) zum reversiblen Ausüben von Druck auf die Blutprobe in der Probenrückhalteeinrichtung, um wenigstens einen Teil der Blutprobe über den Sensor zu verdrängen, bevorzugt in einer sich weitgehend hin- und her bewegenden Weise, wobei das Reagenz mit der Blutprobe in Kontakt tritt und die Koagulation (Gerinnung) der Blutprobe anregt.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Apparatur zur Durchführung eines Bluttests auf aktivierte partielle Thromboplastinzeit bereit zu stellen, umfassend: (a) wenigstens einen Leitfähigkeitssensor, der gegenüber der Verdrängung einer Blutprobe über den Sensor empfindlich ist; (b) wenigstens ein Reagenzgemisch, das ein Phospholipid und Calciumionen enthält; (e) eine Probenrückhalteeinrichtung zum Zurückhalten der Blutprobe von einem Kontakt mit dem Sensor und dem Reagenz; (d) eine Pumpeinrichtung (bzw. Pumpeinrichtungen) zum reversiblen Ausüben von Druck auf die Blutprobe in der Probenrückhalteeinrichtung, um wenigstens einen Teil der Blutprobe über den Sensor zu verdrängen, bevorzugt in einer sich weitgehend hin- und her bewegenden Weise, wobei das Reagenz mit der Blutprobe in Kontakt tritt und die Koagulation (Gerinnung) der Blutprobe anregt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft die Offenbarung einer Apparatur zur Durchführung eines Blutfibrinolysetests, umfassend: (a) wenigstens einen Sensor, der gegenüber der Verdrängung einer Blutprobe über den Sensor empfindlich ist; (b) wenigstens ein Reagenz, das in der Lage ist, die Koagulation oder partielle Koagulation der Blutprobe zu beschleunigen; (c) eine Probenrückhalteeinrichtung zum Zurückhalten der Blutprobe von einem Kontakt mit dem Sensor und dem Reagenz; (d) eine Pumpeinrichtung (bzw. Pumpeinrichtungen) zum reversiblen Ausüben von Druck auf die Blutprobe in der Probenrückhalteeinrichtung, um wenigstens einen Teil der Blutprobe über den Sensor zu verdrängen, bevorzugt in einer sich weitgehend hin- und her bewegenden Weise, wobei das Reagenz mit dem Vollblut in Kontakt tritt, um koaguliertes oder partiell koaguliertes Blut bereit zu stellen, wobei die Pumpeinrichtung weiterhin dazu in der Lage ist, den reversibel applizierten Druck gegenüber dem koagulierten oder partiell koagulierten Vollblut aufrecht zu erhalten, bis fibrinolytische Prozesse bewirken, dass das koagulierte oder partiell koagulierte Vollblut weniger viskos wird, was eine gesteigerte oder größere Verdrängung wenigstens eines Teils der lysierten Blutprobe über den Sensor erlaubt, vorzugsweise in einer sich weitgehend hin- und her bewegenden Weise.
Die Kartuschen der vorliegenden Erfindung können ferner ein Kalibrierfluid beinhalten, von dem wenigstens ein Teil über den Sensor verdrängt werden kann, um den Sensor zu kalibrieren. Es wird daher in Erwägung gezogen, dass das Kalibrierfluid über den Sensor verdrängt werden kann, bevorzugt in einer sich weitgehend hin und her bewegenden Weise, wobei das Kalibrierfluid in Fluidverbindung mit dem Blut oder der Fluidprobe steht, so dass das Blut oder die Fluidprobe nicht in direktem Kontakt mit dem Sensor stehen muss, damit der Sensor die Veränderung der Viskosität des Blutes oder der Fluidprobe detektiert.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Offenbarung eines Verfahrens zur Durchführung eines Tests, der auf eine Veränderung der Viskosität einer Fluidprobe reagiert, umfassend: (a) Einbringen einer Fluidprobe in eine Probenrückhalteeinrichtung, um die Fluidprobe ohne Kontakt mit einem Sensor und einem Reagenz zurückzuhalten, wobei der Sensor gegenüber der Verdrängung der Fluidprobe über den Sensor empfindlich ist, und wobei das Reagenz in der Lage ist, eine Veränderung der Viskosität der Fluidprobe zu beschleunigen; (b) Ausüben von Druck auf die Fluidprobe in der Probenrückhalteeinrichtung, um wenigstens einen Teil der Fluidprobe über den Sensor zu verdrängen; vorzugsweise wird der Druck oder die Kraft reversibel appliziert, so dass sich die Fluidprobe in einer weitgehend hin und her gerichteten Weise bewegt, so dass die Fluidprobe mit den Reagenz in Kontakt tritt, das die Veränderung der Viskosität in der Fluidprobe beschleunigt; (c) Detektieren der Verdrängung der Fluidprobe über den Sensor, um eine Veränderung der Viskosität der Fluidprobe anzuzeigen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Durchführung eines Blutfibrinolysetests gemäß der hier vorliegenden Beschreibung. Das Verfahren des Fibrinolysetests der vorliegenden Erfindung kann weiterhin beinhalten, die Probe mit einem zweiten Reagenz zu behandeln, das dazu in der Lage ist, die Fibrinolyse der Probe zu beschleunigen, wenn die Probe koaguliert oder partiell koaguliert ist. Solche, die Fibrinolyse steigernden Agenzien können, ohne hierauf beschränkt zu sein, Gewebe-Plasminogenaktivator (tPA), Streptokinase und Urokinase beinhalten.
Es wird außerdem ein Verfahren zur Auswahl eines die Fibrinolyse anregenden Agens, das für die Behandlung eines Subjekts nützlich ist, offenbart, wobei dieses Verfah ren umfasst: (a) Durchführen eines Fibrinolysetests an einer von dem Subjekt erhaltenen Blutprobe, wobei der Test umfasst, (i) Einbringen der Probe in eine Probenrückhaltevorrichtung zum Zurückhalten der Probe ohne einen Kontakt mit einem Sensor und einem Reagenz, wobei der Sensor gegenüber der Verdrängung der Probe über den Sensor empfindlich ist, und das Reagenz befähigt ist, die Koagulation der Probe zu beschleunigen, (ii) reversibles Ausüben eines Druckes auf die Probe in der Probenrückhaltevorrichtung, um wenigstens einen Teil der Probe über den Sensor zu verdrängen, bevorzugt in einer sich weitgehend hin und her bewegenden Weise, so dass das Reagenz mit der Probe in Kontakt kommt und die Koagulation oder partielle Koagulation der Probe beschleunigt, (iii) Behandlung der Probe zu einer beliebigen Zeit vor oder nachdem die Probe das Reagenz kontaktiert hat, mit einem die Fibrinolyse anregenden Agens, und (iv) Aufrechterhaltung des reversibel applizierten Drucks gegenüber der koagulierten oder partiell koagulierten Probe, bis fibrinolytische Prozesse bewirken, dass die koagulierte oder partiell koagulierte Probe weniger viskos wird, was eine gesteigerte Verdrängung wenigstens eines Teils der lysierten Probe über den Sensor erlaubt, vorzugsweise in einer sich weitgehend hin- und her bewegenden Weise; (b) Interpretation der Testergebnisse zur Bestimmung eines wirksamen, die Fibrinolyse stimulierenden Agens für das Subjekt.
In dem unmittelbar vorangehenden Test kann mehr als ein Fibrinolysetest unter Verwendung eines oder mehrerer Typen Fibrinolyse beschleunigender Agenzien in einer Kartusche durchgeführt werden. Vorzugsweise sind mehrere Leitungen, jeweils ein unterschiedliches beschleunigendes Agens enthaltend, mit der Probenrückhalteeinrichtung verbunden. Natürlich können Doppeldurchläufe mit dem gleichen beschleunigenden Agens oder Reagenz in einer einzigen Kartusche, die mehrere Leitungen aufweist, durchgeführt werden. Alternativ werden die Ergebnisse mehrerer „einfacher" Tests verglichen, um ein wirksames, oder, wenn gewünscht, das wirksamste Fibrinolyse stimulierende Agens (Fibrinolyse-Promotor) für das spezifische Subjekt zu bestimmen.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner eine wegwerfbare Einweg-Kartusche, bestehend aus einer Vielzahl durch Mikrofabrikation hergestellter Sensoren zur Bestimmung der Anwesenheit oder Konzentration eines oder mehrerer Analyten in einem Probenfluid, zusammen mit einem durch Mikrofabrikation hergestellten Sensor zur Bestimmung von Veränderungen der Viskosität des Probenfluids.
Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden Durchschnittsfachleuten insbesondere bei Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erkennbar werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine Darstellung einer spezifischen Ausführungsform der Kartusche der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 1 den Leitfähigkeitssensor in einer orthogonalen Anordnung. Der Probenflusskanal ist mit 2 bezeichnet, und die Reagenzkammer ist mit 3 bezeichnet. Alternativ kann sich das Reagenz im Sensorbereich von 1 befinden. Ein Luftsegment 4 kann ebenfalls in der Reagenzkammer vorhanden sein. Punkt 5 bezeichnet die Probenhaltekammer, und 6 bezeichnet eine verschließbare Probenöffnung. Das Diaphragma, welches Druck appliziert, um die Probe durch die Flusskanäle zu bewegen, ist mit 7 bezeichnet. Die Abfallkammer ist 9, und 8 bezeichnet eine Abflussöffnung in der Abfallkammer.
1B ist eine topologische Widergabe der Kartusche aus 1A. Kalibierfluid kann bei 10 eingegeben werden, also oben in 1A dargestellt.
2A und 2B veranschaulichen eine Abfolge von Ereignissen, in denen (a) die Kompression des Diaphragmas markiert, was im Fluss der Fluidprobe über die Leitfähigkeitssensoren resultiert (der Sensor misst hohe Leitfähigkeit), (b) die Dekompression des Diaphragmas und den resultierenden Rückfluss der Fluidprobe markiert (der Sensor misst niedrige Leitfähigkeit), und (c) den Zyklus der Fluidproben-Bewegung markiert, der wiederholt wird, um die Probe über den Sensor zu oszillieren.
3A zeigt eine typische Ausgabe eines orthogonalen Sensors, wenn Reagenzien anwesend sind, um das Gerinnen einer Blutprobe zu bewirken. 3B zeigt eine typische Ausgabe eines parallelen Leitfähigkeitssensors in Gegenwart von Gerinnungsreagenzien.
4A und 4B zeigen repräsentative Signalausgaben des orthogonalen Leitfähigkeitssensors bzw. des parallelen Leitfähigkeitssensors in Abwesenheit von die Koagulation fördernden Reagenzien.
5A zeigt die rechtwinklige oder orthogonale Anordnung eines Leitfähigkeitssensors der vorliegenden Erfindung. Der Flusskanal ist auf der rechten Seite dieser speziellen Ausführungsform der Erfindung angezeigt. 5B ist eine Veranschaulichung einer exemplarischen parallelen Leitfähigkeitssensor-Anordnung der vorliegenden Erfindung. 5C zeigt eine Ausführungsform der Sensor-Anordnung, bei der der Elektrodenabstand vom proximalen Ende zum distalen Ende des Sensors hin variiert.
6 zeigt eine Anordnung einer Multisensor-, Multireagenz- und Multiflusskanal-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beste Ausführungsweise der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Apparatur, bevorzugt in Form einer Kartusche, die zur Durchführung einer Vielzahl von Tests verwendet werden kann, die auf die Veränderung der Viskosität einer Fluidprobe reagieren, einschließlich Tests, welche die Koagulation von Vollblut, Agglutination, Fibrinolysetests und, allgemein, Tests zum Erhalt von Informationen über den Gerinnungsprozess oder den lytischen (Lyse-) Prozess einbeziehen. Andere Tests, die eine Veränderung der Viskosität der Fluidprobe induzieren, einschließlich Immunoassays und auf Affinität basierenden chemischen oder biologischen Tests, können ebenfalls unter Verwendung der Kartuschen und Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.
Somit ist die vorliegende Erfindung nützlich zur Bereitstellung von Informationen) betreffend die einzelnen Ereignisse, die den Gerinnungsprozess begleiten können (z. B. Gerinnselbildung, Gerinnselabbau oder Gerinnselauflösung), ebenso zur Ermöglichung einer Einsicht in den Gesamtvorgang. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung nützlich bei der Unterscheidung zwischen Blutplättchen-reichem und Blutplättchen-armem Plasma in Abhängigkeit vom Gerinnungsprofil der Probe sein (siehe Shenaq, S. A. und Saleem, A. in Effective Hemostasis in Cardiac Surgery, Ellison, N. und Jobes, D. R. (Herausgeber), W. B. Saunders Co (1988) S. 183–193). Die vorliegende Erfindung kann auch Informationen bereit stellen, die nützlich für Ärzte sind, die eine Prognose für Patienten nach cardiopulmonärer Bypassoperation entwickeln. Postoperative Blutungen stellen ein wesentliches zu beachtendes Problem für solche Patienten dar (siehe Shenaq und Saleem, Ibid. und Keeth, J. et al. Proc. Am. Acad. Cardiovas. Perfusion (1988) 9: 22–25.)
Bei einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Kartusche zur Durchführung eines Tests bereit gestellt, der auf eine Veränderung der Viskosität einer Fluidprobe reagiert. Bevorzugt enthält die Kartusche einen Sensor, der die Verdrängung einer Fluidprobe über den Sensor delektieren kann, am bevorzugtesten einen Leitfähigkeitssensor. Ein Leitfähigkeitssensor, der zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist z. B. im US-Patent Nr. 5,200,051 beschrieben.
Bezug nehmend auf die Figuren, beschreibt 5A eine Anordnung eines Leitfähigkeitssensors, bei dem die Sensorelektroden orthogonal zum Fluss der Fluidprobe positioniert sind. Somit unterscheidet sich die Signalausgabe des Sensors, wenn eine Flüssigkeit mit einer oder beiden Sensorelektroden in Kontakt kommt oder dieser Kontakt abbricht, da sich die Leitfähigkeit der Flüssigkeit von derjenigen von Luft unterscheidet. Es versteht sich jedoch, dass beim Rückzug der Hauptmasse der Probe von dem Sensor ein dünner Flüssigkeitsfilm auf den Sensoroberflächen verbleiben kann. Dieser dünne Flüssigkeitsfilm hat einen Scheinwiderstand, der erheblich geringer als der von Luft ist. Somit kann die Signalausgabe tatsächlich den Unterschied zwischen der Leitfähigkeit der Hauptprobe und derjenigen dieses dünnen Flüssigkeitsfilms widerspiegeln. Für eine detaillierte Diskussion von Phänomenen der Sensor-Benetzung wird der Leser auf die Offenbarung des US-Patents Nr. 5,112,455 verwiesen.
Alternativ können die Sensor-Elektroden longitudinal, d. h. parallel zum Flüssigkeitsstrom, angeordnet werden, wie in 5B gezeigt. Bei dieser Anordnung variiert die Signalausgabe, wenn die Flüssigkeit mehr (höhere Leitfähigkeit) oder weniger (niedrigere Signalausgabe für die Leitfähigkeit) der Elektrodenoberfläche bedeckt. Bei der parallelen Anordnung wird die Flüssigkeit bei der Bewegung vorzugsweise nicht vollständig hinter die Sensorelektrode zurückgezogen. 5C zeigt eine weitere Modifikation am distalen Ende des Leitfähigkeitssensors. Insbesondere kann der Abstand zwischen den Elektroden des Sensors variabel sein. Folglich kann das distale Ende im Vergleich zu dem proximalen Ende z. B. einen deutlich verringerten Abstand zwischen den Elektroden aufweisen. Eine derartige Verringerung verursacht stark bemerkbare Veränderungen der Signalausgabe des Leitfähigkeitssensors und erleichtert somit die Detektion des Erreichens des distalen Endes des Sensors durch die Fluidprobe. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „proximal" näher zu der Fluidquelle oder der Probenrückhalteeinrichtung.
Bei der parallelen Anordnung kann eine längere Wegstrecke bereit gestellt werden, über die die Fluidprobe mit dem Sensor in Kontakt ist. Es ist daher möglich, über ein größeres Fenster für den Auslöseimpuls („Triggerfenster") zu verfügen, das dazu in der Lage ist, sich an die mit der Leitfähigkeit verschiedener Proben (d. h. Unterschiede in Proben, die zu verschiedenen Zeiten von einem einzelnen Patienten genommen wurden oder zwischen Proben von verschiedenen Individuen) verbundene Variabilität anzupassen.
Anders ausgedrückt, neigt die Signalausgabe einer orthogonalen Elektrodenanordnung dazu, auf eine weitgehend binäre Weise zu variieren und extreme Leitfähigkeitswerte in recht scharfer Form zu erreichen, bzw. von diesen abzufallen.
Im Gegensatz dazu ist die Signalausgabe der parallelen Anordnung in der Lage, Veränderungen der Leitfähigkeit in einer graduelleren Weise anzuzeigen, wobei der Wert für die höchste Leitfähigkeit ansteigt, wenn die Weglänge der Probe über den Sensor zunimmt.
Somit kann die Bewegungsrate und die Position der Probe über einen geeigneten Algorithmus bestimmt werden. Diese Information kann dann zu der Betätigung der Pumpe in Beziehung gesetzt werden.
In Abhängigkeit von den Umständen kann eine Konfiguration gegenüber einer anderen bevorzugt sein. So kann die Platz sparende Natur der orthogonalen Anordnung in einem Fall wichtig sein, wogegen die größere Empfindlichkeit oder Vielseitigkeit der parallelen Anordnung im nächsten Fall entscheidend sein kann.
Neben der Elektrodenanordnung als solcher im Bezug auf den Fluss des Probenfluids, können auch die Dimensionen und Zwischenräume der Elektroden im Hinblick auf die Bedürfnisse einer speziellen Anwendung variiert werden. So kann z. B. das gegenüber dem ersten Fluidkontakt distale Ende modifiziert werden, so dass der Abstand zwischen den Elektroden signifikant verringert wird (siehe 5C). Wenn Flüssigkeit mit diesem distalen Ende des Sensors in Kontakt tritt, resultiert die Elektrodengeometrie in einem signifikanten Abfall der Leitfähigkeit und ermöglicht so eine exaktere Bestimmung des Zeitpunkts, an dem die Fluidprobe das distale Ende des Sensors erreicht. Zusätzlich können komplexere Ausgestaltungen für Mehrfachtest-Kartuschen in Betracht gezogen werden. Beispielsweise zeigt 6 multiple Leitungen, jeweils mit Sensoren und verschiedenen Reagenzien, die trotzdem nur eine Diaphragma-Oszillation benötigen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass der Anteil des Probenfluids, der gerinnt, koaguliert oder anderweitig eine Veränderung der Viskosität durchmacht, nicht in direktem Kontakt mit, d. h. nicht direkt über dem Sensor sein muss, damit eine Veränderung der Viskosität des Probenfluids detektiert werden kann. Alles was benötigt wird, ist, dass sich das Probenfluid in Fluidverbindung mit dem Sensor befindet. Mit „Fluidverbindung" ist gemeint, dass eine erste Komponente von Interesse, z. B. eine Blutprobe, einen Teil eines zusammenhängenden Segments bildet, von dem ein gewisser Teil in Kontakt mit dem Sensor steht, z. B. einer Leitfähigkeitselektrode, so dass jede physikalische Veränderung, die die erste Komponente erfährt, an denjenigen Anteil des zusammenhängenden Segments übermittelbar ist, der sich in Kontakt mit dem Sensor befindet oder eine Wirkung auf diesen Anteil ausübt. Folglich sollten sich alle Teile des zusammenhängenden Segments in Reaktion auf die Kompression und Dekompression des Diaphragmas bewegen. Beispielsweise kann ein zusammenhängendes Segment aus vier Teilen bestehen: (i) Kalibrierfluid, (ii) erste Lufttasche, (iii) Blutprobe und (iv) zweite Lufttasche, wobei die zweite Lufttasche die Blutprobe von dem Diaphragma trennt. Ein solches zusammenhängendes Segment würde sich in Reaktion auf den variabel applizieren, auf das Diaphragma ausgeübten Druck in seiner Gesamtheit bewegen. Jedoch bedeutet „Fluidverbindung" zusätzlich, dass die Rate, mit der sich das gesamte Segment hin und her bewegt („oszilliert") von der am stärksten viskosen Komponente bzw. dem am stärksten viskosen Anteil des gesamten Segments bestimmt wird. Im Fall des oben beschriebenen Segments ist dieser am stärksten viskose Anteil am bevorzugtesten die Blutprobe, die außerdem eine Änderung der Viskosität durchläuft.
Ein Gerinnsel kann sich somit an einer Stelle bilden, die sich in einigem Abstand von den Sensorelektroden befindet; jedoch wird, solange sich etwas Flüssigkeit in physikalischem Kontakt mit dem Sensor sowie in Fluidverbindung mit der gerinnenden Flüssigkeit befindet, die Gerinnselbildung nichtsdestoweniger eine Veränderung der Oszillationsfrequenz oder Amplitude des gesamten Segments bewirken. In dem oben beschriebenen Beispiel kann sich das Kalibrierfluid direkt über den Sensorelektroden befinden und das gerinnende Blut näher am Diaphragma sein. Dennoch können Informationen bezüglich des Ereignisses der Gerinnung über Veränderungen der Bewegung des gesamten Segments, vorzugsweise über eine hin und her verlaufende Bewegung über die Sensorelektroden, weitergegeben werden. Wie oben angemerkt, kann die direkt über den Sensorelektroden befindliche Flüssigkeit sogar durch eine Lufttasche von der gerinnenden Flüssigkeit getrennt sein. Da die Lufttasche aber auch immer noch ein „Fluidmaterial" darstellt, das auf Veränderungen im applizierten Druck reagieren kann, befindet sich die koagulierende Flüssigkeit oder die Flüssigkeit, die eine Veränderung der Viskosität durchläuft, nach wie vor in „Fluidverbindung" mit dem Sensor.
Bei einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Kartusche in Erwägung gezogen, die weiterhin wenigstens eine Leitung beinhaltet, die die Probenrückhalteeinrichtung mit dem Sensor verbindet. In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die Kartusche weiterhin wenigstens zwei Leitungen, die mit der Probenrückhalteeinrichtung verbunden sind, von denen mindestens eine Leitung mit einem Sensor verbunden ist. Eine bevorzugte Leitungsanordnung ist in 6 dargestellt. Ein oder mehrere Reagenzien, die befähigt sind, eine Veränderung der Viskosität der Flüssigkeit zu beschleunigen, ist/sind in einer oder mehreren Leitungen positioniert.
Der Test der vorliegenden Erfindung basiert auf der Fähigkeit des Sensors, Veränderungen der Oszillationsfrequenz oder -Amplitude eines Probenfluids zu detektieren. Somit kann eine Vielzahl an Tests an die vorliegende Erfindung angepasst, bzw, mittels dieser durchgeführt werden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf einen Fluidkoagulationstest, einen Fluidagglutinationstest, Immunoassays, eine aktivierte partielle Thromboplastinzeit (APTT), eine Prothrombinzeit (PT) und eine aktivierte Gerinnungszeit (ACT).
Reagenzien zur Durchführung der verschiedenen, oben genannten Tests, sind in der Technik wohlbekannt. Beispielsweise können Reagenzien zur Beschleunigung der Koagulation von Blut Calcium und ein Phospholipid oder Calcium und Gewebe-Thromboplastin beinhalten. Aktivatoren für die ACT beinhalten Kaolin, Diatomeenerde, Celit, fein verteiltes Glas und dergleichen: Jacobs et al. Laboratory Test Handbook, Lexi-Comp Inc., Stow OH (1980) S. 370–371.
Das Reagenz kann darüber hinaus so formuliert sein, dass seine Auflösung in der Fluidprobe unterstützt wird. Solche Formulierungen können einfach wässrige oder nichtwässrige Lösungen eines gegebenen Reagenz beinhalten, zu dem verschiedene Additive wie etwa Salze, Proteine, Zucker oder Saccharide und dergleichen optional hinzu gegeben werden können. Bestimmte Formulierungen können gelatinehaltige Zusammensetzungen beinhalten. Wieder andere können Emulsionen beinhalten.
Auf jeden Fall werden die Reagenz-Zusammensetzungen vorzugsweise auf eine Weise in den Kartuschen der vorliegenden Erfindung etabliert, die ihre Auflösung bei Kontakt mit dem Probenfluid beschleunigt. Hochreine Materialien können z. B. aus einer Lösung heraus verteilt werden, aus welcher das feste Reagenz bei Verdampfung des Lösungsmittels auskristallisieren kann. Das resultierende kristalline Material kann in dem Probenfluid schneller löslich sein als ein nicht-kristallines Material. Alternativ können die Reagenzzusammensetzungen als eine Reihe oder Gruppe von Mikrotröpfchen etabliert werden. Es können noch andere Verfahren zur Etablierung von Reagenzschichten verwendet werden, einschließlich den im US-Patent Nr. 5,200,051 offenbarten Verfahren.
Wie oben beschrieben, beinhaltet die bevorzugte Kartusche der vorliegenden Erfindung eine Pumpeinrichtung zur reversiblen Druckbeaufschlagung auf das Probenfluid. Bevorzugter umfasst die Pumpeinrichtung ein elastisches Diaphragma, das mit der Probenrückhalteeinrichtung verbunden ist. Um die Aufrechterhaltung der Elastizität des Diaphragmas zu unterstützen und die schnelle, reproduzierbare Kompression und Dekompression des Diaphragmas zu fördern, kann das Diaphragma mit einer internen Feder oder mit einem internen Schwamm ausgestattet sein. Der Schwamm kann aus jedwedem geeigneten elastischen und haltbaren Material, wie etwa natürlichem oder synthetischem Gummi und dergleichen hergestellt sein.
Die Apparatur der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise an die Einführung in eine externe Lesevorrichtung angepasst, die zusätzliche Elemente der Kontrolle/Steuerung, Prozessierung, mechanische Elemente und Leseelemente bereit stellt. Eine solche externe Lesevorrichtung kann ein per Hand zu haltendes Instrument wie das im US-Patent Nr. 5,096,669 beschriebene sein.
Die Kartusche der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise mit einem Sensor ausgestattet, der ein Signal an eine externe Lesevorrichtung bereit stellt, welche im Gegenzug einen Kolben betätigt, um das Diaphragma zu komprimieren und zu dekomprimieren. In spezifischerer Weise ist der Sensor ein Leitfähigkeitssensor und steht das Signal in Beziehung zur Ausgabe des Sensors, wobei eine Ausgabe unterhalb eines ersten, vorab ausgewählten Wertes die Lesevorrichtung veranlasst, den Kolben zu betätigen, um das Diaphragma zu komprimieren, und eine Ausgabe oberhalb eines zweiten, vorab gewählten Wertes die Lesevorrichtung veranlasst, wiederum den Kolben zu betätigen, um dadurch das Diaphragma zu dekomprimieren. Natürlich können der erste und der zweite vorab ausgewählte Wert gleich sein, oder sie können weit auseinander liegen, je nach den Bedürfnissen der spezifischen Anwendung. Vorzugsweise ist der Rückkopplungsmechanismus so, dass die antreibende Einrichtung während z. B. eines Koagulationstests automatisch abschaltet, wenn die Probe hinreichend geronnen ist, so dass die elektromotorische Kraft, die zum Herunterdrücken des Kolbens benötigt wird, einen bestimmten, vorab festgesetzten Wert übersteigt. Im Fibrinolysetest wird die Kolbentätigkeit selbstverständlich fortgesetzt, bis eine Lyse der geronnenen oder partiell geronnenen Probe detektiert wird. Die Kartusche kann weiterhin mechanisch oder elektronisch markiert werden, so dass die externe Lesevorrichtung zwischen den verschiedenen Tests unterscheiden kann.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Kolbentätigkeit auf eine konstante Rate festgelegt werden. Bei dieser Ausführungsform können die Veränderungen der resultierenden Signalausgabe eine Verringerung der Amplitude der Leitfähigkeitsausgabe (z. B. bei einer parallelen Sensoranordnung) oder die Entwicklung einer bestimmten Verzögerung bei der hin und her verlaufenden Bewegung des Probenfluids einschließen, so dass auch eine Änderung der Frequenz beobachtet wird.
Die externe Lesevorrichtung kann außerdem Verbindungsmittel zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit dem Sensor der Kartusche beinhalten (siehe z. B. US-Patent Nr. 4,954,087.
Verfahren zur Weiterverarbeitung der Sensorausgabe zur Steuerung der Antriebsmechanismen sind ebenfalls Gegenstand der Überlegungen der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung erwägt außerdem eine Kartusche zur Vereinfachung der Messung einer Veränderung der Viskosität einer Fluidprobe, umfassend (a) ein Gehäuse, das mit einer Fluidprobe beladen werden kann und das mit einer Probenverdrängungseinrichtung zur Ausübung einer Kraft auf die Fluidprobe ausgestattet ist, wobei diese Kraft ausreicht, um wenigstens einen Teil der Fluidprobe im Gehäuse zu verdrängen; (b) wenigstens ein im Gehäuse enthaltenes Reagenz, das nach Kontakt mit der Fluidprobe in der Lage ist, eine Veränderung der Viskosität der Fluidprobe zu beschleunigen; und (c) wenigstens eine, im Gehäuse definierte Region, in welcher die Position der Grenzfläche der Fluidprobe und der Luft überwacht werden kann, wenn sich die Grenzfläche bei der Verdrängung der Fluidprobe bewegt.
Insbesondere kann diese Region innerhalb des Gehäuses ein durchsichtiges Fenster beinhalten, durch welches die Position der Grenzfläche mittels optischer Detektionseinrichtungen bestimmt werden kann. Folglich kann die Kartusche mit einer Detektionsvorrichtung, die einen Lichtdetektor enthält, verbunden oder in diese eingesetzt werden. Der Lichtdetektor kann an einer Seite des Kartuschengehäuses positioniert werden. Alternativ kann die optische Detektionseinrichtung weiterhin eine Lichtquelle umfassen, die optional auf der Seite des Gehäuses angeordnet sein kann, die dem Lichtdetektor gegenüber liegt. Jedoch kann das Kartuschengehäuse auch modifiziert sein, um ein reflektierendes Material einzubeziehen, z. B. einen kleinen Spiegel, der ein eintretendes Lichtstrahlenbündel in die allgemeine Richtung der Lichtquelle zurück reflektieren kann. Folglich kann der Lichtdetektor bei bestimmten Ausführungsformen auf der gleichen Seite des Gehäuses angeordnet sein wie die Lichtquelle.
Wie zuvor angemerkt, kann eine Vielzahl von Fluidproben gemäß dem vorliegenden Verfahren getestet werden. In vorteilhaftester Weise jedoch kann es sich bei dem biologischen Fluid entweder um Vollblut, heparinisiertes Blut, mit Citrat versetztes Blut oder um Plasma handeln. Jedoch können die Kartuschen der vorliegenden Erfindung auch anderen Fluids ausgesetzt werden, einschließlich eines Kalibrierfluids, von dem wenigstens ein Teil über den Sensor verdrängt werden kann, um die Sensorausgabe zu kalibrieren. Wie bereits oben erwähnt, kann das Kalibrierfluid in einer weitgehend hin und her verlaufenden Weise über den Sensor verdrängt werden, während sich das Kalibrierfluid in Fluidverbindung mit dem Blut oder der Fluidprobe befindet, so dass das Blut oder die Fluidprobe nicht in direktem Kontakt mit dem Sensor stehen muss.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kartusche mit modularer Ausgestaltung in Erwägung gezogen, bei der wenigstens ein Element der Kartu sche in modularer Weise angefügt oder abgenommen werden kann. Insbesondere ist dieses Element vorzugsweise die Probenrückhalteeinrichtung. Somit kann die Probenrückhalteeinrichtung im von der Kartusche abgenommenen Zustand verwendet werden, um das Probenfluid zu sammeln, z. B. Vollblut. Beispielsweise kann die Probenrückhalteeinrichtung mit einem Kapillarröhrchen und einem Reservoir ausgestattet werden, das verwendet werden kann, um eine Blutprobe von einem Fingerstift oder aus einem Vacutainer^TM aufzunehmen. Alternativ kann die Probenrückhalteeinrichtung ein vakuum-verschlossenes Reservoir beinhalten, um Blut aus einer Kanüle entgegenzunehmen. Die Probenrückhalteeinrichtung wird dann derart mit der Kartusche verbunden, dass die in ihr enthaltene Blutprobe durch die Probenverdrängungseinrichtung im Gehäuse verdrängt werden kann. Sobald die modulare Probenrückhalteeinrichtung mit der Kartusche verbunden ist, kann die externe Lesevorrichtung angekoppelt werden, um den Test zu starten.
Die Kartusche der vorliegenden Erfindung wird in einem Verfahren zur Durchführung eines Tests verwendet, der auf eine Veränderung der Viskosität einer Fluidprobe reagiert, wobei das Verfahren umfasst: (a) Einbringen einer Fluidprobe in eine Probenrückhalteeinrichtung, um die Fluidprobe ohne Kontakt mit einem Sensor und einem Reagenz zurückzuhalten, wobei der Sensor gegenüber der Verdrängung der Fluidprobe über den Sensor empfindlich ist und wobei das Reagenz befähigt ist, eine Veränderung der Viskosität der Fluidprobe zu beschleunigen; (b) reversibles Ausüben von Druck auf die Fluidprobe in der Probenrückhalteeinrichtung, um wenigstens einen Teil der Fluidprobe über den Sensor zu verdrängen, vorzugsweise in einer weitgehend hin und her gerichteten Weise, so dass das Reagenz mit der Fluidprobe in Kontakt kommt und die Veränderung der Viskosität der Fluidprobe beschleunigt; (c) Detektion der wechselseitigen Verdrängung der Fluidprobe über den Sensor, um eine Veränderung der Viskosität der Fluidprobe anzuzeigen. Die meisten Schritte des Tests, vorzugsweise die Schritte der Probenrückhaltung und der Probenverdrängung, werden in einer Kartusche durchgeführt, die eine Probenrückhalteeinrichtung, einen Sensor und eine Pumpeinrichtung zur reversiblen Druckbeaufschlagung der Probe oder des Kalibierfluids umfasst.
Wie oben für die Apparatur der vorliegenden Erfindung diskutiert, ist dieses Verfahren mit einer Anzahl an Testprozeduren kompatibel, die eine Veränderung der Viskosität des Probenfluids einbeziehen, typischer Weise eine Flüssigkeit wie etwa Vollblut. Somit kann das vorliegende Verfahren angepasst werden, um Tests durchzuführen, die, ohne darauf beschränkt zu sein, beinhalten: einen Fluidkoagulationstest, einen Fluidagglutinationstest, einen Immunoassay [z. B. einen Immunoassay, der auf die Anwesenheit kleiner Moleküle testet, wie etwa Arzneisubstanzen/Drogensubstanzen, unabhängig davon, ob es sich um eine therapeutische oder dem Missbrauch dienende Substanz handelt, wie etwa Theophyllin, Digoxin, Phenytoin, Thyroxine, Kokain und Amphetamine; Biomoleküle wie Peptide, Oligopeptide, Polypeptide (z. B. Proteine oder die Globuline IgA, IgG, IgM), Nukleotide, Oligonukleotide oder Polynukleotide (z. B. Nukleotidanaloge, spezifische DNA- oder RNA-Sequenzen, bestimmte Gene), sowie Zucker, Oligosaccharide und Polysaccharide (z. B. Strukturkomponenten von Geweben oder als Teil von Glykoproteinen)], eine aktivierte partielle Thromboplastinzeit (APTT), eine Prothrombinzeit (PT), eine partielle Thromboplastinzeit (PTT), eine Thrombingerinnungszeit (TCT) oder eine aktivierte Gerinnungszeit (ACT).
Gemäß einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Kartusche zur Durchführung eines Vollblut-Fibrinolysetests verwendet, der beinhaltet: (a) Einbringen einer Vollblutprobe in eine Probenrückhalteeinrichtung, um die Probe ohne Kontakt mit einem Sensor und einem Reagenz zurückzuhalten, wobei der Sensor gegenüber der Verdrängung der Probe über den Sensor empfindlich ist, und das Reagenz befähigt ist, die Koagulation der Probe zu beschleunigen; (b) reversibles Ausüben eines Druckes auf die Probe in der Probenrückhalteeinrichtung, um wenigstens einen Teil der Probe über den Sensor zu verdrängen, bevorzugt in einer sich weitgehend hin und her bewegenden Weise, so dass das Reagenz mit der Probe in Kontakt kommt und die Koagulation oder partielle Koagulation der Probe beschleunigt; (c) Aufrechterhalten des reversibel applizierten Druckes auf die koagulierte oder partiell koagulierte Probe, bis fibrinolytische Prozesse bewirken, dass die koagulierte oder partiell koagulierte Probe weniger viskos wird, was eine gesteigerte Verdrängung wenigstens eines Teils der lysierten Probe über den Sensor in einer weitgehend hin und her gerichteten Weise erlaubt.
In dem Fibrinolysetest kann das Probenfluid mit einem zweiten Reagenz behandelt werden, das befähigt ist, die Fibrinolyse der Probe zu beschleunigen, wenn die Probe koaguliert oder partiell koaguliert ist. Das Probenfluid kann dem fibrinolyse-stimulierenden Agens praktisch zu jeder Zeit ausgesetzt werden, bevor oder nachdem das Probenfluid mit dem Reagenz in Kontakt kommt, das die Koagulation oder Gerinnung des Probenfluids, typischer Weise Vollblut, beschleunigt. Es kann eine Anzahl fibrinolyse-stimulierender Agenzien verwendet werden, einschließlich Gewebeplasminogenaktivator (tPA), Streptokinase, Urokinase und dergleichen.
Die vorliegende Erfindung kann dann außerdem an ein Verfahren zur Auswahl eines für die Behandlung eines bestimmten Subjekts nützlichen fibrinolyse-stimulierenden Agens angepasst werden. Da Individuen unterschiedlich auf die Behandlung mit einem oder mehreren fibrinolyse-stimulierenden Mitteln reagieren können, wäre es außerordentlich nützlich, über einen Test zu verfügen, der vorhersagen kann, auf welches Mitglied einer gegebenen Gruppe fibrinolyse-stimulierender Mittel ein bestimmtes Individuum am besten ansprechen wird. Folglich wird ein Verfahren offenbart, welches die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Durchführen eines Fibrinolysetests an einer von einem Subjekt erhaltenen Vollblutprobe, wobei der Test umfasst, (i) Einbringen der Probe in eine Probenrückhaltevorrichtung zum Zurückhalten der Probe ohne einen Kontakt mit einem Sensor und einem Reagenz, wobei der Sensor gegenüber der Verdrängung der Probe über den Sensor empfindlich ist, und das Reagenz dazu befähigt ist, die Koagulation der Probe zu beschleunigen, (ii) reversibles Ausüben eines Druckes auf die Probe in der Probenrückhaltevorrichtung, um wenigstens einen Teil der Probe über den Sensor zu verdrängen, bevorzugt in einer sich weitgehend hin und her bewegenden Weise, so dass das Reagenz mit der Probe in Kontakt kommt und die Koagulation oder partielle Koagulation der Probe beschleunigt, (iii) Behandlung der Probe zu einer beliebigen Zeit bevor oder nachdem die Probe das Reagenz kontaktiert hat, mit einem fibrinolyse-stimulierenden Agens, und (iv) Aufrechterhalten des reversibel applizierten Drucks gegenüber der koagulierten oder partiell koagulierten Probe, bis natürliche fibrinolytische Prozesse bewirken, dass die koagulierte oder partiell koagulierte Probe weniger viskos wird, was eine gesteigerte Verdrängung wenigstens eines Teils der lysierten Probe über den Sensor in einer sich weitgehend hin- und her bewegenden Weise erlaubt; (b) einfache oder mehrfache Wiederholung des Fibrinolysetests aus Schritt (a) unter Verwendung eines oder mehrerer verschiedener fibrinolyse-stimulierender Agenzien; (c) Vergleichen der Testergebnisse, um das wirksamste fibrinolyse-stimulierende Agens für das Subjekt zu bestimmen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Apparatur und die vorliegenden Verfahren in bevorzugtester Weise bei Optimaltemperatur gelagert oder während der Testbedingungen auf einer solchen optimalen Temperatur gehalten werden sollten. Beispielsweise können bestimmte Reagenzien temperaturempfindlich sein, z. B. das PT-Reagenz. Um die Haltbarkeitsdauer einer Kartusche zu verbessern, die temperaturempfindliche Reagenzien beinhaltet, wird die Apparatur daher vorzugsweise in trockener Form bei 4°C gelagert. Darüber hinaus können sich bestimmte Formulierungen von Reagenzien als förderlich erweisen, so etwa das Mischen des Reagenz in eine stabilisierende, leicht lösliche Gelatinematrix. Während des Tests selbst kann die Kartusche z. B. auch auf physiologischer Temperatur, bevorzugt auf 37°C ± 0,1°C, gehalten werden.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden spezifischen Beispiele weiter veranschaulicht, deren detaillierte Beschreibung nicht als Begrenzung der Erfindung in irgendeiner speziellen Weise zu interpretieren ist.
Beispiele
PT-Test-Kartusche
Unten stehend wird eine Kartusche beschrieben, die zur Durchführung eines PT-Tests unter Verwendung eines die Leitfähigkeit messenden Sensors (konduktimetrischer Sensor) geeignet ist.
Sigma PT-Reagenzien, umfassend Thromboplastin und Calcium, werden in destilliertem, deionisiertem Wasser gelöst und dann manuell mittels einer Spritze in dem Flusskanal und den Luftsegment-Regionen der Kartuschen-Mantelteile verteilt, jedoch nicht in der Blutbehälterkammer wie in 1A dargestellt. Nachdem das Reagenz getrocknet ist, werden die Kartuschen-Mantelteile mit den Kartuschen-Fußteilen zusammengesetzt. 1B ist eine topologische Widergabe des in 1A dargestellten Diagramms.
Im nächsten Schritt wird mit Citrat versetztes Vollblut in die Blutbehälterkammer eingeführt (d. h. ohne Kontakt mit den Reagenzien) und dann manuell über die Sensorregion vorangetrieben und oszilliert, indem wiederholt auf das Diaphragma, wie in 2 gezeigt, gedrückt wird. Zunächst, wie durch optische Beobachtung gezeigt, bewegt sich das Blut leicht, wobei es die Reagenzien löst und sich mit diesen mischt. Jedoch gerinnt das Blut eine kurze Zeitspanne nach dem ersten Kontakt mit den Reagenzien. Weiterer, auf das Diaphragma ausgeübter Druck erreicht es aufgrund der dramatischen Veränderung der Viskosität der Vollblutprobe nicht, das Blut in den Sensorbereich zu bewegen. Es wurden verschiedene Kartuschen in ähnlicher Weise getestet, und alle zeigten Ergebnisse, die ähnlich zu dem oben dargestellten Ergebnis waren.
Die Gerinnselbildung wird effektiver detektiert, indem ein Leitfähigkeitssensor einbezogen und die Kartusche in Verbindung mit der Analysevorrichtung betrieben wird. Es werden Iridiumelektroden für den Sensor ausgewählt, obwohl andere Edelmetalle, wie etwa Gold oder Platin, ebenfalls verwendet werden können. Silber kann ebenfalls eine gewisse Brauchbarkeit als das Elektrodenmaterial besitzen. Das Blut wird über den Leitfähigkeitssensor oszilliert, indem die Ausgabe des Leitfähigkeitssensors verwendet wird, um die Kompression und Dekompression des Diaphragmas durch das Kolbenelement der Analysevorrichtung (d. h. die externe Lesevorrichtung) zu steuern. Sobald das Blut beide Leitfähigkeitselektroden bedeckt, löst der gemessene, verringerte Scheinwiderstand den Rückzug des Kolbens aus, wodurch das Diaphragma dekomprimiert wird. Wenn das Blut zurückweicht oder sich von den Elektroden zurückzieht, löst der höhere gemessene Scheinwiderstand die Abwärtsbewegung des Kolbens und die Kompression des Diaphragmas aus.
Auf diese Weise wird Blut in einer sich weitgehend hin und her bewegenden Weise über den Leitfähigkeitssensor bewegt.
Das Diaphragma kann auch, wie zuvor beschrieben, mit einer konstanten Rate komprimiert und dekomprimiert werden.
Es werden diverse, in der oben beschriebenen Weise vorbereitete Kartuschen mit der Analysevorrichtung getestet und die Ausgabe des Leitfähigkeitssensors aufgezeichnet. 3A (orthogonale Anordnung) und 3B (parallele Anordnung) zeigen typische Ausgaben, wenn Reagenzien anwesend sind, die die Koagulation beschleunigen. 4A (orthogonal) und 4B (parallel) zeigen typische Ausgaben von Kontrolldurchläufen, bei denen die Probenfluids keinen koagulations-fördernden Reagenzien ausgesetzt werden.
Diese und andere, auf andere Testverfahren wie etwa APTT, ACT, PTT, TCT und Fibrinolyse ausgerichtete Versuche zeigen die wesentlichen Merkmale der Erfindung, bei welcher ein Leitfähigkeitssensor verwendet werden kann, um die Bewegung, die Beendigung der Bewegung, sowie Veränderungen der Frequenz, Oszillationsphase oder Amplitude der Bewegung einer Blutprobe zu überwachen und somit ungeronnenes (oder lysiertes Blut) von geronnenem Blut zu unterscheiden. Mit „Oszillationsphase" sind Unterschiede in der Phase zwischen der Auslösung des Kolbens und der resultierenden Position der Fluidprobe über dem Sensor gemeint. Darüber hinaus zeigen diese Beispiele auch, dass ein Signalausgabe-Rückkopplungsverfahren die Detektion geringfügiger Veränderungen der Viskosität eines Probenfluids vor der tatsächlichen Gerinnselbildung erlaubt. Es wird für die Kartusche mit der Pumpeinrichtung in Form eines elastischen Diaphragmas gezeigt, dass sie eine gesteuerte Oszillation einer Vollblutprobe über einen Leitfähigkeitssensor ermöglicht, und für die benötigten Reagenzien, egal ob Koagulations-Aktivatoren oder Fibrinolyse-Aktivatoren, wird gezeigt, dass sie ihre Aktivität behalten, nachdem sie in der Kartusche untergebracht worden sind. Diese Reagenzien lösen sich im folgenden auf und mischen sich in kontrollierter Weise mit der Vollblutprobe.
Durch Mikrofabrikation hergestellte Einweg-Kartusche zum Test der Blutkoagulation/Fibrinolyse
Die i-STAT 6+ Kartusche, erhältlich bei der i-STAT Corporation, Princeton, N. J. 08540, wird modifiziert, um einen konduktimetrischen Sensor (Leitfähigkeitssensor) in paralleler Anordnung und Reagenzien zur Beschleunigung der Koagulation von Vollblut einzubeziehen. Die Reagenzien werden in praktischer Weise in einer Leitung angeordnet, die die Probenrückhalteeinrichtung und den Leitfähigkeitssensor verbindet.
Zusätzlich werden in den für den Fibrinolysetest vorgesehenen Kartuschen außerdem fibrinolyse-stimulierende Agenzien in der Leitung untergebracht.
Ein elastisches Diaphragma wird als Blasenelement der Kartusche verwendet und optional ein interner Gummischwamm in das Diaphragma eingesetzt.
Zusätzliche Modifikationen an dieser Kartusche beinhalten mehrfache Leitungen, zusätzliche Leitfähigkeitssensoren, sowie verschiedene, die Koagulation und/oder die Fibrinolyse beschleunigende Reagenzien. Für Details zur Mikrofabrikation von Sensorvorrichtungen wird der Leser auf den Offenbarungsgehalt des US-Patents Nr. 5,200,051 verwiesen.
Die vorangehenden spezifischen Beispiele veranschaulichen die Funktionselemente der vorliegenden Erfindung. Andere, nicht speziell beschriebene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für Durchschnittsfachleute erkennbar sein, werden aber als unter den Schutzbereich der Erfindung fallend verstanden. Die vorangehenden, spezifichen Beispiele sind nicht so zu interpretieren, dass sie die Erfindung in irgendeiner Weise einschränken, da die Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

Kartusche (10) zur Messung einer Veränderung der Viskosität einer Fluidprobe und zur Einführung in eine externe Lesevorrichtung angepasst, wobei die Kartusche (10) aufweist: (a) ein Gehäuse, das mit einem oder mehreren Verbindungsmittel(n) zum Ankuppeln des Gehäuses an eine oder mehrere (der) externe(n) Vorrichtungen) ausgerüstet ist und das mit einer Fluidprobe gefüllt werden kann und das mit einer Probenverdrängungseinrichtung (7) zur Ausübung einer Kraft auf die Fluidprobe, die zur Verdrängung mindestens eines Teils der Fluidprobe in dem Gehäuse ausreicht, ausgerüstet ist und (b) mindestens ein in dem Gehäuse enthaltendes Reagenz, das nach dem Kontakt mit der Fluidprobe eine Veränderung der Viskosität der Fluidprobe beschleunigt, gekennzeichnet durch mindestens eine Sensoreinrichtung, die sich in dem Gehäuse befindet und die Verdrängung der Fluidprobe detektieren kann.
Kartusche (10) nach Anspruch 1 in Kombination mit der externen Lesevorrichtung.
Kartusche (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der eine der Vorrichtungen eine Probenrückhalteeinrichtung (5) aufweist, welche das Gehäuse mit der Fluidprobe befüllen kann.
Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner eine Probenrückhalteeinrichtung aufweist, welche einen integralen Teil des Gehäuses bildet.
Kartusche (10) nach Anspruch 4, bei der die Probenrückhalteeinrichtung (5) die Fluidprobe ohne Kontakt mit der Sensoreinrichtung und dem Reagenz zurückhält.
Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Probenverdrängungseinrichtung (7) eine Pumpeinrichtung aufweist, die einen integralen Teil des Gehäuses bildet.
Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Probenverdrängungseinrichtung (7) eine Pumpeinrichtung zur reversiblen Druckbeaufschlagung auf die Fluidprobe ist.
Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Sensoreinrichtung elektrische Veränderungen in einem Fluid detektieren kann.
Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Sensoreinrichtung die Position der Grenzfläche zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit detektieren kann.
Kartusche (10) nach Anspruch 8, bei der die Sensoreinrichtung einen Leitfähigkeitssensor (1) aufweist.
Kartusche (10) nach Anspruch 10, bei der die Sensoreinrichtung ein Elektrodenpaar aufweist, das so angeordnet ist, dass die Konfiguration entweder im wesentlichen parallel zum Fluidprobenfluss oder im wesentlichen orthogonal zum Fluidprobenfluss ist.
Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der das Reagenz für einen Assay bestimmt ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Assay für die Prothrombinzeit (PT), die partielle Thromboplastinzeit (PTT), die aktivierte partielle Thromboplastinzeit (APTT), die Thrombingerinnungszeit (TCT), die aktivierte Gerinnungszeit (ACT) und Fibrinogen besteht.
Kartusche (10) nach Anspruch 1, zur Messung einer Veränderung der Viskosität einer Fluidprobe, bei der das Gehäuse eine Probenrückhalteeinrichtung aufweist, die mit einer Fluidprobe gefüllt werden kann, und die Probenverdrängungseinrichtung (7) eine Pumpeinrichtung aufweist, die eine Kraft auf die in der Probenrückhalteeinrichtung (5) enthaltene Fluidprobe ausüben kann, welche zur Verdrängung mindestens eines Teils der Fluidprobe in dem Gehäuse ausreicht.
Kartusche (10) nach Anspruch 13, die ferner mindestens eine Leitung aufweist, welche die Fluidprobe mit der Sensoreinrichtung verbindet.
Kartusche (10) nach Anspruch 14, bei der das Reagenz in der Leitung lokalisiert ist.
Kartusche (10) nach Anspruch 13, bei der die Sensoreinrichtung einen Leitfähigkeitssensor (1) aufweist.
Kartusche (10) nach Anspruch 13, bei der die Messung einen Fluidkoagulationstest umfasst.
Kartusche (10) nach Anspruch 13, bei der die Messung einen Fluidagglutinationsassay umfasst.
Kartusche (10) nach Anspruch 13, bei der die Messung einen Immunoassay umfasst.
Kartusche (10) nach Anspruch 13, bei der das Reagenz Calcium und ein Phospholipid umfasst.
Kartusche (10) nach Anspruch 13, bei der das Reagenz Calcium und Gewebethromboplastin umfasst.
Kartusche (10) nach Anspruch 13, bei der das Reagenz ein teilchenförmiges Material aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kaolin, Diatomeenerde, Celit, fein verteiltem Glas oder Gemischen daraus besteht.
Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 22, bei der die Pumpeinrichtung ein elastisches Diaphragma in Fluidverbindung mit der Probenrückhalteeinrichtung (5) aufweist.
Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, die ferner ein in dem Gehäuse enthaltenes Kalibrierfluid aufweist, von dem zumindest ein Teil über den Sensor verdrängt werden kann, um diesen zu kalibrieren.
Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, bei der mindestens ein Kartuschenelement in modularer Form angekoppelt oder abgekoppelt werden kann.
Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, bei der die Sensoreinrichtung mindestens einen in dem Gehäuse definierten Bereich aufweist, in dem die Position der Grenzfläche der Fluidprobe und der Luft während der Bewegung der Grenzfläche mit der Verdrängung der Fluidprobe beobachtet werden kann.
Kartusche (10) nach Anspruch 26, bei welcher der Bereich ein durchsichtiges Fenster aufweist, durch das die Position der Grenzfläche mit optischen Detektionseinrichtungen bestimmt werden kann.