DE69735053T2

DE69735053T2 - Automatische diagnosevorrichtung

Info

Publication number: DE69735053T2
Application number: DE69735053T
Authority: DE
Inventors: Uri Friedlander; Neville Coupe; Fabio Lissandrello; Paola Casalin; Patricia Connolly
Original assignee: Byk Gulden Italia SpA
Current assignee: Takeda Italia SpA
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: ATE315225T1; US20020031446A1; WO1997037218A3; DE69735053D1; EP0891546B1; US20040108225A1; WO1997037218A2; EP0891546A2; AU2172297A; US6866821B2

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein eine automatische Diagnosevorrichtung.
Wenn ein Patient durch einen Arzt behandelt wird, so ist es nicht unüblich, daß der Arzt Proben von Körperflüssigkeiten nimmt, die einem Labor zur Analyse überstellt werden. Die Tests müssen oft von Hand vorgenommen werden, so daß es bei der Verarbeitung dieser Proben zwangsläufig zu einiger Verzögerung kommt, wodurch sich auch der Zeitpunkt verzögert, an dem der Patient die Ergebnisse erfahren kann.
Selbst in Krankenhäusern, wo der Zustand der Patienten extrem ernst sein kann, müssen die Proben immer noch zum Test an ein hauseigenes Labor "verschickt" werden. Es kann oft Stunden dauern, bis die Ergebnisse dieser Tests an den für den Patienten zuständigen Arzt übermittelt werden. Dementsprechend ist es nicht ungewöhnlich, daß der Arzt mit der Behandlung eines Patienten beginnt, ohne die Ergebnisse benötigter Tests zu kennen.
In Situationen, wo der Patient schwer krank ist, ist es durchaus vorstellbar, daß die durch die Probentests verursachte Verzögerung das Wohlergehen dieses Patienten gefährdet.
Man könnte meinen, daß ein gangbarer Weg zur Überwindung dieses Problems darin besteht, daß der für einen bestimmten Patienten zuständige Arzt die Tests selbst durchführt, ohne die Proben an ein Labor zu verschicken. Das Testen von Proben ist jedoch oft ein komplexer Prozeß, der durch hoch-qualifiziertes Personal ausgeführt werden muß, wenn die Ergebnisse verlässlich und somit für den Arzt von wirklichem Nutzen sein sollen.
Es besteht darum auf diesem Gebiet Bedarf an einer Vorrichtung, die von einem Benutzer (der mitunter als "Bediener" bezeichnet wird) rasch und zuverlässig bedient werden kann, um Proben zu testen, insbesondere Proben, die Patienten entnommen wurden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine automatische Diagnosevorrichtung bereitgestellt, die folgendes aufweist: eine Steuerung zum Steuern des Betriebes der Vorrichtung und zum Verarbeiten von Daten; ein Erfassungssystem, das mit der Steuerung wirkverbunden ist, um einen Assay, vorzugsweise einen elektrochemischen Assay (besonders bevorzugt einen elektrochemischen Immunoassay), einer Probe durchzuführen und Daten von dem Assay an die Steuerung zu übermitteln; optional ein Spannungsversorgungsmittel zum Anlegen eines Potenzialunterschieds an das Erfassungssystem; und ein Ausgabemittel zum Übermitteln von verarbeiteten Daten an einen Benutzer.
Die vorliegende Erfindung stellt deshalb eine automatische Vorrichtung zum Testen von Proben, insbesondere Proben von Patienten, bereit. Wenn Patienten-Proben getestet werden, so können die Ergebnisse dieses Tests einem Arzt innerhalb von Minuten zur Verfügung gestellt werden und somit eine frühzeitige und rasche Diagnose des Zustands des Patienten erbringen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird des weiteren ein Verfahren zur automatischen Diagnose bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(a) Einsetzen einer Probe in eine automatische Diagnosevorrichtung;
(b) optional Erzeugen von Anweisungen mit einer Steuerung, um ein Spannungsversorgungsmittel anzuweisen, ein Erfassungssystem mit einer Spannung zu versorgen;
(c) Steuern des Erfassungssystems mit der Steuerung, um einen Assay, vorzugsweise einen elektrochemischen Assay (besonders bevorzugt einen elektrochemischen Immunoassay), der Probe durchzuführen und Daten zur Ausgabe an die Steuerung zu erzeugen;
(d) Verarbeiten der Daten in der Steuerung, um verarbeitete Daten zu erzeugen; und
(e) Ausgeben der verarbeiteten Daten an einen Benutzer.

Die automatische Diagnosevorrichtung und das Verfahren für ihren Betrieb eignen sich besonders zum Testen auf akuten Myocardinfarkt und zur Reperfusionsüberwachung.
Dementsprechend wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur automatischen Diagnose eines Myocardinfarkts bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Überwachen von ex-vivo-Niveaus eines oder mehrerer detektierbarer Herzmarkerproteine, wie beispielsweise eines oder mehrerer der folgenden: CK, CK-MM, CK-MB, Myoglobin, eine oder mehrere leichte Herzmyosinketten, Troponin T oder Troponin I oder ein Herzmarker, der sich für die Diagnose eines akuten Myocardinfarkts eignet. Vorteilhafterweise ermöglicht dieses Verfahren die Durchführung eines quantitativen Assays für diese Proteinkombinationen.
Vorzugsweise wird das oben beschriebene Verfahren mittels der oben beschriebenen Vorrichtung erreicht.
Natürlich versteht es sich aber, daß, obgleich die vorliegende Erfindung vorzugsweise zum diagnostischen Testen auf akuten Myocardinfarkt verwendet wird, alternativ auch andere Tests (wie beispielsweise auf jeden sonstigen klinischen Zustand) durchgeführt werden können. Die vorliegende Offenbarung ist demnach nicht so zu verstehen, als sei sie lediglich auf das Testen eines Myocardinfarkts beschränkt.
Vor dem Testen des Zustands eines Patienten ist es oftmals notwendig, die Probe von dem Patienten in ihre Bestandteile aufzutrennen. Diese Trennung erfolgt in der Regel dadurch, daß man die Probe beispielsweise in ein Reagenzglas einbringt und das Reagenzglas mit hoher Geschwindigkeit in einer Zentrifuge schleudert.
Während des Schleudervorgangs trennt sich die Probe in ihre Bestandteile auf, wobei die schwereren Bestandteile zum Boden des Reagenzglases sinken und die leichteren Bestandteile in dem Reagenzglas nach oben steigen. Wenn beispielsweise eine Blutprobe genommen und wie oben beschrieben geschleudert wird, so sinken die schwereren roten Blutzellen zum Boden des Reagenzglases, und das leichtere Plasma steigt in dem Reagenzglas nach oben.
Der benötigte Teil der Probe kann dann aus dem Reagenzglas entnommen werden. Der Bediener muß aber sorgfältig darauf achten, daß das Reagenzglas nicht weiter geschüttelt wird, weil ein solches Schütteln zur Rekombination der Bestandteile führen kann. Der Bediener muß außerdem sorgfältig darauf achten, daß beim Entnehmen des gewünschten Bestandteils der Probe dieser Bestandteil nicht mit anderen Bestandteilen in dem Reagenzglas kontaminiert wird. Das Entnehmen aufgetrennter Bestandteile aus einer geschleuderten Probe kann deshalb problematisch sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird des weiteren ein Behälter bereitgestellt, der eine erste Basis und eine zweite Basis aufweist, wobei die erste Basis gegenüber der zweiten Basis angehoben ist und eine Vertiefung aufweist, so daß, wenn Material, das einen schwereren Bestandteil und einen leichteren Bestandteil enthält, in den Behälter eingebracht und geschleudert wird, der schwerere Bestandteil zu der ersten Basis gedrängt wird und der leichtere Bestandteil in Richtung der – und auf die – zweite Basis gedrängt wird und danach in der Vertiefung festgehalten wird.
Auf diese Weise kann der leichtere Bestandteil des aufgetrennten Materials mühelos durch einen Operator (bei dem es sich um einen mechanischen oder einen elektromechanischen Operator handeln kann) aus der Vertiefung entnommen werden. Des weiteren wird deutlich das Risiko gemindert, daß der Bediener den leichteren Bestandteil versehentlich mit dem schwereren Bestandteil kontaminiert, indem er entweder den Behälter schüttelt oder versehentlich einen der schwereren Bestandteile entnimmt.
Die britische Patentanmeldung Nr. 9409449.7 (als GB-A-2,289,339 veröffentlicht) offenbart einen elektrochemischen Durchfluß-Immunoassay-Biosensor. Der Biosensor enthält ein Festphasen-Immunoassaysystem, eine poröse Arbeitselektrode, eine Gegenelektrode und ein Mittel zum Erzeugen eines Fluidflußes durch den Biosensor. Zwar erbringt diese Anordnung ausgezeichnete Ergebnisse im Labor, doch sie könnte eine Reihe von Nachteilen aufweisen, wenn sie in einem klinischen Umfeld verwendet wird, die eine rasche Analyse einer Anzahl von Proben erfordert. Der entscheidendste davon könnte mit der Tatsache zusammenhängen, daß der Biosensor gründlich gereinigt werden muß, bevor er wiederverwendet werden kann oder zum Testen einer weiteren Probe benutzt werden kann. Es wäre denkbar, den Biosensor unmittelbar nach Gebrauch wegzuwerfen. Doch das relativ teure Material, aus dem der bevorzugte Biosensorkörper und die bevorzugten Biosensorelektroden bestehen, könnten schnell dazu führen, daß eine solche Strategie unwirtschaftlich wird. Außerdem müßte immer noch die zugehörige Ausrüstung, die in Verbindung mit dem Biosensor verwendet wird, gründlich gereinigt werden, und so würde eine Zeitersparnis, die durch das Entsorgen des Biosensors gewonnen wird, durch die Zeit zunichte gemacht, die zur Reinigung der zugehörigen Ausrüstung benötigt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird des weiteren ein wegwerfbarer elektrochemischer Immunoassay-Biosensor bereitgestellt, der Folgendes aufweist: einen Sensorkörper mit einer darin ausgebildeten Vertiefung und einem in der Vertiefung befindlichen Sensorauslaß; eine mit einer Öffnung versehene Gegenelektrode, die so gegen eine Seite der Vertiefung stößt, daß die Öffnung der Gegenelektrode mit dem Auslaß in strömungsmäßiger Verbindung steht; eine mit einer Öffnung versehene Arbeitselektrode, die so gegen eine andere Seite der Vertiefung stößt, daß die Öffnung der Arbeitselektrode mit dem Sensorauslaß in strömungsmäßiger Verbindung steht; ein Immunoassay-System, das in unmittelbarer Nähe zu der Arbeitselektrode angeordnet ist, und ein mit einer Öffnung versehenes Sensoreinlaßmittel, das ebenfalls innerhalb der Arbeitselektrode angeordnet ist und mit dem Immunoassay-System in strömungsmäßiger Verbindung steht; wobei der Sensorkörper aus einem Kunststoffmaterial besteht und die Arbeitselektrode und die Gegenelektrode aus einem elektrisch leitenden Kunststoffmaterial bestehen.
Das Immunoassay-System befindet sich vorzugsweise innerhalb der Arbeitselektrode.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine der Elektroden andere herkömmliche Elektrodenmaterialien enthalten, wie beispielsweise Silber (Ag) oder Silberchlorid (AgCl).
Auf diese Weise kann der Biosensor der vorliegenden Erfindung aus relativ preiswerten Materialien hergestellt werden, und somit kann für jeden Test ein neuer Biosensor verwendet werden, und der alte Biosensor kann entsorgt werden. Die Verwendung eines solchen Biosensors macht ein extensives zeitraubendes Reinigen des Biosensors überflüssig.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird außerdem eine leitende Kunststoffelektrode bereitgestellt, die sich zur Verwendung in einer Diagnosevorrichtung eignet. Die vorliegende Erfindung sieht des weiteren die Verwendung einer leitenden Kunststoffelektrode für einen elektrochemischen Immunoassay vor.
Um einen elektrochemischen Immunoassay mit herkömmlichen Techniken durchzuführen, muß der Bediener zuerst ein geeignetes Reagens herstellen. Die Herstellung dieses Reagens' kann ein relativ komplexer Prozeß sein, der vermutlich für jeden auszuführenden Diagnosetest wiederholt werden muß. Für einen Arzt, der in seiner Praxis tätig ist, würde die Herstellung geeigneter Reagenzien beispielsweise bedeuten, daß er Vorräte an benötigten Chemikalien halten und wertvolle Zeit für die Herstellung geeigneter Reagenzien vergeuden müßte.
Des weiteren kann jede Herstellung eines geeigneten Reagens' durch den Arzt mit geringen Schwankungen verbunden sein, wodurch Zweifel bezüglich Tests entstehen könnten, die am selben Patienten, aber mit verschiedenen Reagenssätzen vorgenommen wurden.
Wenn ein Arzt eine Anzahl verschiedener Reagenzien zur Verwendung in verschiedenen Diagnosetests herstellt, so ist es ebenso vorstellbar, daß diese Reagenzien sich gegenseitig kontaminieren oder daß – was noch schlimmer ist – Reagenzien miteinander verwechselt werden.
Es besteht daher auf diesem Gebiet Bedarf an einem geeigneten Mittel, das es einem Bediener, wie bei spielsweise einem Arzt, ermöglicht, gleichbleibende Reagenzien herzustellen, ohne Zeit vergeuden zu müssen und ohne große Chemikalienvorräte halten zu müssen. Das Mittel muß des weiteren den Arzt in die Lage versetzen, ein Reagens schnell und mühelos vom anderen zu unterscheiden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine wegwerfbare Reagenzienpatrone bereitgestellt, die einen Körper mit wenigstens einer darin ausgebildeten Vertiefung sowie eine abnehmbare Abdeckung, die abdichtend über der Vertiefung angeordnet ist, aufweist, wobei wenigstens ein Reagens (bei dem es sich um das gleiche oder um ein anderes handeln kann) in jeder der wenigstens einen Vertiefung vorgesehen ist und die abnehmbare Abdeckung auf einer Außenseite mit einem Strichcode versehen ist, wobei der Strichcode dafür verwendet werden kann, das eine oder die mehreren Reagenzien und/oder einen Diagnosetest, der dieses eine oder diese mehreren Reagenzien benötigt, zu identifizieren.
Wie oben angesprochen, kann die vorliegende Erfindung zum Überwachen und zur Diagnose eines akuten Myocardinfarkts benutzt werden. Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine wegwerfbare Reagenzienpatrone für Diagnosetests eines Myocardinfarkts bereit, wobei die Patrone einen Kunststoffkörper mit vier darin ausgebildeten Vertiefungen und einer abnehmbaren Abdeckung, die abdichtend über den Vertiefungen angeordnet ist, aufweist, wobei eine erste Vertiefung mit einer Pufferlösung gefüllt ist, eine zweite Vertiefung mit einer Waschlösung gefüllt ist, eine dritte Vertiefung mit getrocknetem Naphthylphosphat gefüllt ist und eine vierte Vertiefung mit getrocknetem Enzymsubstrat gefüllt ist (bei dem es sich um Alkaliphosphatase handeln kann, vorzugsweise mit einem Antikörper verbunden, besonders bevorzugt einem Antikörper für ein Antigen, das mit einem klinischen Krankheitsbild verbunden ist, wie beispielsweise einem akuten Myocardinfarkt), und wobei auf eine Außenseite der abnehmbaren Abdeckung ein Strichcode aufgedruckt ist, wobei der Strichcode dafür verwendet werden kann, den Inhalt in einer oder mehreren Vertiefungen (Reagenzien) und/oder den Diagnosetest zu identifizieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird des weiteren ein vorgepacktes wegwerfbares Diagnosetest-Kit bereitgestellt, das mit einer abnehmbaren Abdeckung verschlossen ist, wobei das Kit wenigstens ein wegwerfbares Probenhaltemittel, wenigstens einen wegwerfbaren elektrochemischen Biosensor, wenigstens ein wegwerfbares Durchflußerzeugungsmittel und wenigstens eine wegwerfbare Reagenzienpatrone aufweist, wobei jede der wenigstens einen wegwerfbaren Reagenzienpatrone mit wenigstens einem Reagens zur Durchführung wenigstens eines Diagnosetests vorgepackt ist und dann mit einer abnehmbaren Abdeckung verschlossen ist.
Um einen Diagnosetest durchzuführen, braucht der Bediener (beispielsweise ein Arzt) lediglich eine abnehmbare Abdeckung von dem Kit abzureißen und den Inhalt zu bedienen, um den Test durchzuführen. Da der Test lediglich mit dem Inhalt des Kit ausgeführt werden kann, braucht der Bediener keine Zeit mit dem Reinigen weiterer Ausrüstungsteile zu vergeuden.
Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung – lediglich beispielhaft – unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile darstellen.
1 ist eine schematische Darstellung einer automatischen Diagnosevorrichtung.
2 ist eine schematische Darstellung eines Spritze-und-Biosensor-Systems, wie in 1 zu sehen.
3 ist eine schematische Darstellung eines Gestell-und-Plattform-Systems, wie in 1 zu sehen.
4 ist ein Flußdiagramm, das allgemein den Betrieb der in den 1, 2 und 3 gezeigten Vorrichtung unter der Kontrolle einer Steuerung veranschaulicht.
5 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Behälters.
6 ist ein Aufriss einer Reagenzienpatrone.
7 ist eine Draufsicht auf die Reagenzienpatrone von 6.
8 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines elektrochemischen Biosensors.
9 ist eine Draufsicht auf ein wegwerfbares Diagnosekit.
10 ist ein Diagramm.
11 ist eine Reihe von Elektrophoretogrammen und ist der 5 aus "A Study on the Dimeric Structure of Creatine Kinase" von R. A. Wevers, H. P. Olthuis, J. C. C. van Niel, M. G. M. van Wilgenburg und J. B. J. Soons, veröffentlicht in Clinica Chimica Acta, 75 (1977), Seiten 377–385, entnommen.
12 ist ein Diagramm und ist der 6 aus "Two-Site Monoclonal Antibody Assays for Human Heart- and Brain-Type Creatine Kinase" von A. P. Jackson, K. Siddle und R. J. Thompson, veröffentlicht in Clinical Chemistry, Band 30, Nr. 7 (1984), Seiten 1157–1162, entnommen.
13 zeigt zwei Diagramme und ist der 1 aus "Acute Myocardial Infarction and Coronary Reperfusion" von F. S. Apple, veröffentlicht in Clinical Chemistry (Review Article), A. J. C. P., Februar 1992, Band 92, Nr. 2, entnommen.
14 und 15 sind Diagramme.
1 ist eine schematische Darstellung einer automatischen Diagnosevorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 weist eine Steuerung 3 zum Steuern des Betriebes der Vorrichtung und aller ihrer Komponenten auf. Die Vorrichtung 1 wird über ein Netzteil 5, das einen Transformator 7 enthält, mit Strom versorgt. Eine Benutzereingabevorrichtung 9, in diesem Fall eine Kleintastatur mit 16 Tasten, ermöglicht einem Benutzer die Eingabe von Befehlen und Daten in die Steuerung 3. Daten und Befehle für den Benutzer werden auf einer Anzeige 11 angezeigt. Für die Eingabe von Daten in die Steuerung 3 gibt es überdies ein Strichcodelesegerät 13.
Die Steuerung ist über Bandkabel 16 mit einem Spritze-und-Biosensor-System 15 und einer Gestell-und-Plattform-System 17 verbunden. Diese Systeme sind es, die die Proben handhaben, die einem Patienten entnommen wurden, und Messwerte aus ihnen herleiten.
Zur Ausgabe von Daten an einen Benutzer sind des weiteren ein RS232-Port 19 und eine Druckerschnittstelle 21 vorgesehen, die wiederum mit einem Drucker 23 verbunden ist. Der RS232-Port 19 kann gewünschtenfalls mit einem Personalcomputer (PC) verbunden werden.
Die Steuerung ist des weiteren mit einem Deckelsensor 25 verbunden, der erkennt, ob der Deckel der Vorrichtung offen oder geschlossen ist. Die Steuerung lässt den Betrieb der Vorrichtung erst dann zu, wenn der Deckel der Vorrichtung geschlossen wurde.
2 ist eine schematische Darstellung eines Spritze-und-Biosensor-Systems 15, wie in 1 zu se hen. Wie gezeigt, enthält das System 15 drei Spritzensätze 27 und zugehörige Biosensoren 29. Es versteht sich freilich, daß die Anzahl der Sätze nach Wunsch geändert werden kann. Bei einem Beispiel kann das System als ein Mittel zum Diagnostizieren eines Myocardinfarkts durch Veränderungen bei drei Parametern verwendet werden. Tests für andere Leiden können weniger oder mehr Sätze erfordern.
Die Biosensoren 29 sind elektrochemische Immunoassay-Biosensoren und können aus Kunststoffmaterial zu verringerten Stückkosten hergestellt sein. Die verringerten Kosten dieser Biosensoren 29 machen es möglich, sie nach jedem Test zu entsorgen, ohne die Betriebskosten der Vorrichtung in eine untragbare Höhe zu treiben. Der Aufbau eines beispielhaften Biosensors wird später in Verbindung mit 8 beschrieben. Es können natürlich statt dessen auch herkömmliche elektrochemische Immunoassay-Biosensoren verwendet werden.
Die Spritzen 27 sind in diesem Beispiel einfache, weithin verwendete Spritzen, die einen Kolben 31 und einen Spritzenkörper 33 aufweisen und dafür verwendet werden, eine Fluidströmung durch die Biosensoren 29 zu erzeugen. Es versteht sich, daß, obgleich Spritzen beschrieben wurden, statt dessen auch andere strömungserzeugende Mittel verwendet werden können. Beispielsweise wäre es vorstellbar, eine Fluidströmung zu erzeugen, indem Fluid mittels einer Pumpe durch die Biosensoren gezogen wird. Die Pumpe könnte mit jedem der Biosensoren beispielsweise über eine wegwerfbare Leitung verbunden werden, die nach Beendigung eines Tests weggeworfen werden könnte.
Wie in 2 gezeigt, ist ein Ende des Kolbens 31 mit einem Arm 35 eines Biosensormotors 37 verbunden. Während der Verwendung der Vorrichtung kann der Motor 37 über eine Biosensormotorsteuerplatine 39 bedient werden, um den Arm 35 und den daran angebrachten Kolben 31 in den Spritzenkörper 33 hinein und aus dem Spritzenkörper 33 heraus zu bewegen, um so einen Fluß durch einen Biosensor 29 zu erzeugen, der an einem gegenüberliegenden, mit einer Öffnung versehenen Ende des Spritzenkörpers 33 angebracht ist. Die Biosensormotorsteuerplatine 39 wiederum wird durch die Steuerung 3 gesteuert. Es sind drei Spritzensensoren 41 vorhanden, die es der Steuerung 3 ermöglichen zu erkennen, ob eine Spritze 27 und ein zugehöriger Biosensor 29 korrekt in der Vorrichtung sitzen, bevor der Test beginnt.
Es ist eine Biosensorsteuerplatine 43 unter der Kontrolle der Steuerung 3 vorhanden. Die Platine 43 ist mit Kontakten 45 für jeden Biosensor 29 der Vorrichtung versehen und ist so konfiguriert, daß sie auf Anweisung von der Steuerung 3 je nach Bedarf eine Spannung an jeden Biosensor 29 anlegt. Die Biosensorsteuerplatine 43 mißt einen Strom, der durch jeden Biosensor 29 fließt, digitalisiert die Daten und gibt sie an die Steuerung 3 aus. Wie auch bei anderen Durchfluß-Immunoassay-Biosensoren zeigt der Stromfluß durch den Biosensor die Menge des zu erfassenden Materials in einer getesteten Probe an. Bei dieser Ausführungsform ist die Steuerung 3 eine EPROM-Mikrosteuerung mit einem 32 kb-ROM (Nurlesespeicher) und einem 32 kb-RAM (Direktzugriffspeicher), obgleich auch andere Konfigurationen vorstellbar sind.
3 ist eine schematische Darstellung eines Gestell-und-Plattform-Systems 17, wie es ebenfalls in 1 zu sehen ist. Das Gestell-und-Plattform-System 17 enthält einen Block 47 mit drei geformten Öffnungen 49, die jeweils dem sicheren Halten einer (nicht gezeigten) Reagenzienpatronen dienen. Eine geeignete Reagenzienpatrone wird später in Bezug auf die 6 und 7 beschrieben. Der Block enthält des weiteren eine elektrische Heizung 51, die nach Bedarf zum Erwärmen der Patronen in dem Gestell-und-Plattform-System 17 verwendet werden kann. Der Block 47 ist mit einem Wär mesensor 53 versehen, der Temperaturdaten zur Steuerung 3 weiterleitet, die je nach Erfordernis durch Einschalten oder Ausschalten der Heizung 51 reagiert.
Obgleich die Vorrichtung von 3 drei Öffnungen zum Halten dreier Patronen veranschaulicht, versteht es sich, daß statt dessen auch eine größere oder kleinere Anzahl von Öffnungen und Patronen vorgesehen sein kann. In jeder der Öffnungen 49 befindet sich ein unter der Kontrolle der Steuerung 3 stehender Patronensensor 55, der erkennt, ob eine Patrone korrekt in die Öffnung 49 eingesetzt wurde. Wenn eine Patrone in einer der Öffnungen 49 fehlt, so erkennt die Steuerung 3 das Fehlen dieser Patrone und erzeugt keine Daten für das Erkennungssystem im Zusammenhang mit dieser Patronenposition.
Es ist des weiteren ein Rotormotor 57 vorhanden, der dafür vorgesehen ist, einen (nicht gezeigten) Probenbehälter, der in einen Wirkverbund mit dem Rotormotor 57 gebracht wurde, zu schleudern. Ein geeigneter Probenbehälter wird später in Bezug auf 5 beschrieben. Der Rotormotor 57 steht unter der Kontrolle einer Motorsteuerplatine 59, die ihrerseits der Steuerung 3 untersteht. Das Gestell-und-Plattform-System 17 ist mit einem Rotorsensor 61 versehen, der erkennt, ob ein Probenbehälter in einen korrekten Wirkverbund mit dem Rotormotor 57 gebracht wurde, und der diese Information an die Steuerung 3 übermittelt. Die Motorsteuerplatine 59 steuert des weiteren einen Rotorschrittmotor 63, der dafür vorgesehen ist, den Rotormotor 57 und den daran angebrachten Probenbehälter auf jedes Sensorsystem der Vorrichtung auszurichten.
Das Gestell-und-Plattform-System 17 ist des weiteren mit einem Aufwärts-Abwärts-Motor 65 und einem Vorwärts-Rückwärts-Motor 67 versehen, um das Gestell-und-Plattform-System 17 in jeder der genannten Richtungen zu bewegen. Der Aufwärts-Abwärts-Motor und der Vor wärts-Rückwärts-Motor werden durch die Motorsteuerplatine 59 in dem Gestell-und-Plattform-System 17 gesteuert. Es ist ein Paar Ausgangspositionssensoren 69 vorhanden, die erkennen, wenn sich der Block 47 in seiner Ausgangsposition in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung und in der Aufwärts-Abwärts-Richtung befindet. Die Ausgangsposition ist jene, in der der Block 47 in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung und in einer Aufwärts-Abwärts-Richtung am weitesten von dem Sensorsystem entfernt ist. Die Ausgangspositionssensoren 69 übermitteln Positionsdaten an die Steuerung 3.
An dieser Stelle bietet es sich an, kurz in allgemeiner Form auf die Art und Weise einzugehen, in der die Vorrichtung arbeitet und bedient wird. In der Regel entscheidet ein Benutzer als ersten Schritt, welchen Test er für einen bestimmten Patienten ausführen will. Es wird das richtige Diagnosekit ausgewählt, und die verschiedenen Komponenten werden herausgenommen. Als nächstes wird ein Strichcode auf der Reagenzienpatrone (oder auf einem anderen Teil des Kits) mit dem Strichcodelesegerät 13 gelesen, und die Patrone wird in die Blocköffnung 49 eingesetzt. Entsprechend dem Strichcode zeigt die Steuerung 3 auf der Anzeige 11 den Typ des auszuführenden Tests an und stellt die Vorrichtung entsprechend der Anzahl der erforderlichen Reagenzienkammern und der auszuführenden Testroutine ein. Der Benutzer kann dann auf die Anzeige 11 schauen, um sich zu vergewissern, daß tatsächlich der Test vorbereitet wird, den er ausführen will.
Dann entnimmt der Benutzer dem Patienten eine Fluidprobe und setzt die Probe in den Behälter ein, der mit dem Kit mitgeliefert wurde. Der Behälter wird dann mit dem Rotormotor 57 in dem Gestell-und-Plattform-System 17 wirkverbunden. Das Gestell-und-Plattform-System 17 befindet sich in diesem Moment in seiner Ausgangsposition, d. h. in einer Position, in der es am weitesten von dem Sensorsystem 15 entfernt ist, damit der Benutzer optimalen Zugang zu der Vorrichtung hat.
Es ist klar, daß Strichcodes auch auf den Biosensoren, dem Behälter und den Spritzen angebracht sein können.
Als nächstes nimmt der Benutzer einen Biosensor 29 und eine Spritze 27 aus dem Kit und setzt sie zusammen. (Der Biosensor und die Spritze können statt dessen auch schon ab Werk zusammengesetzt geliefert werden.) Nachdem der Biosensor 29 und die Spritze 27 miteinander verbunden wurden, werden sie in das Sensorsystem 15 eingesetzt, wobei ein Ende des Spritzenkolbens 31 mit dem Biosensorsystemmotorarm 35 verbunden wird. Das andere Ende des Kolbens 31 stößt im Inneren gegen die Spritzenbasis. Der Biosensor 29 wird so in das Sensorsystem 15 eingesetzt, daß die Sensorsystemkontakte 45 elektrisch mit Elektroden in dem Biosensor 29 verbunden werden. Die Vorrichtung wird nun initiiert und ist zum Testen der Probe bereit.
Die Steuerung 3 erkennt über die verschiedenen Sensoren, daß der Behälter, die Patrone, der Biosensor und die Spritze korrekt in die Vorrichtung eingesetzt wurden, und wartet, bis das Schließen des Deckels der Vorrichtung durch den Deckelsensor 25 erkannt wurde. Wenn der Deckel geschlossen wurde, beginnt die Steuerung 3 mit dem Testablauf.
Zuerst weist die Steuerung 3 die Motorsteuerplatine 59 des Gestell-und-Plattform-Systems an, den Vorwärts-Rückwärts-Motor 67 so zu betätigen, daß der Block 47 dergestalt in die Vorrichtung hineingefahren wird, daß jeder Patronenbehälter unter jedem Biosensor 29 angeordnet ist.
Als nächstes weist die Steuerung 3 die Motorsteuerplatine 59 des Gestell-und-Plattform-Systems an, den Rotormotor 57 zu betätigen und somit den Behälter, der mit dem Rotormotor 57 verbunden wurde, zu schleudern. Das Zentrifugieren der Probe in dem Behälter wird etwa vier Minuten lang bei etwa 400 U/min fortgesetzt, bis die Probe genügend aufgetrennt ist. (Gewünschtenfalls können auch andere Drehzahlen verwendet werden.) Während die Probe geschleudert wird, weist die Steuerung 3 die Motorsteuerplatine 59 des Gestell-und-Plattform-Systems an, den Block 47 in Richtung des Biosensors 29 zu bewegen, bis die Spitze des Biosensors 29 in eine Kammer der Reagenzienpatrone hineinragt.
Wenn die Reagenzien aus Bestandteilen in der Reagenzienpatrone hergestellt werden müssen, kann die Steuerung 3 dann die Motorsteuerplatine 39 des Sensorsystems anweisen, den Biosensormotor 37 zu betätigen, um den verbundenen Spritzenkolben 31 in den Spritzenkörper 33 hinein und aus dem Spritzenkörper 33 heraus zu bewegen, um Fluid in den Biosensor 29 hineinzuziehen bzw. Fluid aus dem Biosensor 29 herauszudrängen. Außerdem kann die Steuerung 3 die Motorsteuerplatine 59 des Gestell-und-Plattform-Systems gleichzeitig anweisen, den Block 47 und somit die Reagenzienpatrone aufwärts, abwärts, vorwärts und rückwärts zu bewegen, so daß Reagenzien zwischen Kammern der Reagenzienpatrone gemischt werden können, bis ein endgültiges gewünschtes Reagens hergestellt ist.
Optional kann dann die Steuerung 3 den Biosensormotor 37 anweisen, den Kolben 31 aus dem Spritzenkörper 33 herauszuziehen und eine Menge des Reagens', das sich in der Reagenzienpatrone befindet, durch den Biosensor 29 zu ziehen. Gleichzeitig kann die Steuerung 3 die Biosensorsteuerplatine 43 anweisen, eine Spannung an den Biosensor 29 anzulegen und den Strom zu messen, der in den Biosensor 29 fließt. Wenn der Strom unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt, so stellt die Steuerung 3 fest, daß die Integrität des Reagens' gewahrt wurde. Wenn der Strom jedoch oberhalb der Schwel le liegt, so stellt die Steuerung 3 fest, daß die Integrität des Reagens' beschädigt wurde, und die Vorrichtung wird angehalten, und es wird eine entsprechende Meldung für den Benutzer angezeigt, die den Benutzer auffordert, die Reagenzienpatrone gegen eine andere Reagenzienpatrone auszutauschen. Das später weiter unten behandelte Beispiel wird einen solchen Schritt aufweisen.
Als nächstes weist die Steuerung 3 die Motorsteuerplatine 59 des Gestell-und-Plattform-Systems an, den Probenbehälter so zu bewegen, daß sich der Behälter direkt unter dem Biosensor 29 befindet. Die Steuerung 3 weist dann die Motorsteuerplatine 59 des Gestell-und-Plattform-Systems an, den Behälter so zu bewegen, daß der Biosensor 29 in einen leichteren Teil der aufgetrennten Probe eintaucht. Die Steuerung 3 weist dann den Biosensormotor 37 über die Biosensormotorsteuerplatine 39 an, den Kolben 31 zu bewegen und eine Menge der aufgetrennten Probe in den Biosensor 29 zu ziehen. Die Steuerung 3 weist dann die Motorsteuerplatine 59 des Gestell-und-Plattform-Systems an, eine Bewegung der Patrone zu veranlassen, bis sich die Patrone direkt unter dem Biosensor 29 befindet und der Biosensor 29 in das Reagens in der Reagenzienpatrone eintaucht. Die Steuerung 3 weist dann die Biosensormotorsteuerplatine 39 an, den Kolben 31 zu bewegen und eine Menge des Reagens' (bei dem es sich um rehydriertes Substrat handeln kann) durch den Biosensor 29 zu ziehen. Als zusätzlicher Schritt kann dann die Steuerung 3 die Motorsteuerplatine 39 des Gestell-und-Plattform-Systems anweisen, eine erneute Bewegung der Patrone zu veranlassen, so daß der Biosensor 29 erneut in die Patrone eintaucht und eine Waschlösung durch den Biosensor 29 gezogen wird, um überschüssiges Reagens aus dem Biosensor 29 herauszuwaschen.
Dann weist die Steuerung 3 die Biosensorsteuerplatine 43 an, eine Spannung an den Biosensor 29 anzu legen und den erzeugten Strom zu messen. Der Stromwert wird dann über das Bandkabel 16 an die Steuerung 3 als Testdaten übermittelt.
Die Steuerung 3 verarbeitet dann die Testdaten und gibt die verarbeiteten Daten an einen Benutzer aus. Die Steuerung kann die Daten auch speichern, so daß im Lauf der Zeit mehrere Ergebnisse für einen bestimmten Patienten gespeichert werden können. Die Ergebnisse können dann in Form eines Diagramms über den Drucker 23 an den Benutzer ausgegeben werden.
Es wird nun ein Beispiel der Datenerfassung und -verarbeitung beschrieben. Der durch den Sensor fließende Strom wird in exakten Zeitabständen aufgezeichnet. Der typische Stromverlauf nach dem Anlegen des Potenzials an den Sensor ist eine Abklingkurve. Wenn das Substrat den Sensor erreicht, so wird das Abklingen rasch zu einer exponentiellen Wachstumskurve bis auf ein Spitzenplateau. In der Regel wird zunächst ein Betrag an elektrischer Ladung geschätzt, der als der Bereich zwischen den beiden Kurven genommen wird, wobei die untere Kurve unterhalb der Wachstumskurve durch Untersuchen der Abklingrate interpoliert wird. Der Wendepunkt, wo das Abklingen zum Wachstum wird, wird der "Spitzenbeginn" genannt und wird durch Software in der Steuerung ermittelt, indem nach einem Trend gesucht wird, wenn die durchschnittliche Änderungsrate über eine Anzahl von Proben hinweg einen Schwellenwert erreicht. Das benötigte Assay-Ergebnis ist die Konzentration an Analyt, die mittels folgender Formel erhalten wird:
wobei a und b Parameter sind, die aus dem Strichcode oder der Datenbank gelesen werden.
4 ist ein Flußdiagramm, das allgemein den Betrieb der in den 1, 2 und 3 gezeigten Vorrichtung unter der Kontrolle einer Steuerung veranschaulicht. Gemäß 4 sind die Stufen, welche die Vorrichtung durchläuft, folgende:
In einem ersten Schritt 71 wartet die Steuerung 3 auf die Eingabe von Strichcodeinformationen oder die Eingabe von Informationen über die Kleintastatur bezüglich des auszuführenden Tests. In einem zweiten Schritt 73 benutzt die Steuerung 3 die angeschlossenen Sensoren, um zu erkennen, ob der Behälter, die Patrone, die Spritze und der Biosensor korrekt in die Vorrichtung eingesetzt wurden. Wenn das der Fall ist, so verwendet die Steuerung 3 in einem dritten Schritt 75 den Deckelsensor 25, um zu erkennen, ob der Deckel offen oder geschlossen ist. Wenn der Deckel geschlossen ist, so veranlasst die Steuerung in einem vierten Schritt 77 das Schleudern der Probe in dem Behälter. Die Steuerung 3 präpariert dann in einem fünften Schritt 79 das eine oder die mehreren Reagenzien gemäß den eingegebenen Strichcode- oder Kleintastaturinformationen. In einem sechsten Schritt 81 weist die Steuerung 3 die Vorrichtung an, aufgetrenntes Probenmaterial durch den Biosensor 29 zu ziehen, und weist dann in einem siebenten Schritt 83 die Vorrichtung an, das eine oder die mehreren Reagenzien durch den Biosensor 29 zu ziehen. In einem achten Schritt 85 weist die Steuerung 3 die Vorrichtung an, eine Spannung an den Biosensor 29 anzulegen, und in einem neunten Schritt 87, den Strom zu messen, der in dem Biosensor 29 fließt. In einem zehnten Schritt 89 werden die erfaßten Stromdaten digitalisiert und an die Steuerung 3 ausgegeben, wo sie in einem elften Schritt 91 verarbeitet werden. In einem letzten, zwölften Schritt 93 werden die verarbeiteten Daten an den Benutzer ausgegeben.
Wie oben angesprochen, kann die Vorrichtung zur Myokardinfarktdiagnose durch Testen dreier Blutparame ter verwendet werden. In einem solchen Beispiel würde die Reagenzienpatrone die folgenden Reagenzien in vier separaten Kammern enthalten. Die erste, größte Kammer würde eine Pufferlösung enthalten. Die zweite Kammer, die kleiner ist als die erste Kammer, würde eine Waschlösung enthalten. Die dritte Kammer, die kleiner als die zweite Kammer ist, würde ein getrocknetes Substrat enthalten (bei dem es sich in einem Beispiel um Naphthylphosphat handeln kann). Die vierte Kammer, die kleiner ist als die zweite Kammer, würde ein Konjugat enthalten (bei dem es sich in einem Beispiel um das Enzym Alkaliphosphatase – ALP – handeln kann, vorzugsweise mit einem Antikörper verbunden, besonders bevorzugt einem Antikörper für ein Antigen, das mit einem klinischen Krankheitsbild verbunden ist, wie beispielsweise einem akuten Myocardinfarkt).
Bei Verwendung einer solchen Patrone würde die Pufferlösung zum Rehydrieren des getrockneten Substrats verwendet werden, und die Integrität des Substrats würde dann mittels des Biosensors 29 in der oben beschriebenen Weise überprüft werden. Die Waschlösung würde zum Entfernen von überschüssigem Konjugat von dem Biosensor 29 verwendet werden. In diesem Beispiel würde die Steuerung 3 die Vorrichtung anweisen, den oben angesprochenen zusätzlichen Schritt des Testens der Integrität des rehydrierten Substrats auszuführen, indem rehydriertes Substrat durch den Biosensor 29 geleitet wird, während eine Spannung an ihn angelegt wird. Wenn der detektierte Strom geringer ist als im wesentlichen 80 nA, so stellt die Steuerung 3 fest, daß die Substratintegrität gewahrt ist. Ein Stromwert oberhalb dieser Schwelle läßt die Steuerung 3 feststellen, daß die Substratintegrität beschädigt wurde.
Die biologischen Prozeße, die in dem Biosensor stattfinden, wurden bereits in der oben erwähnten britischen Patentschrift Nr. 2,289,339 beschrieben, so daß hier nicht in größerem Umfang darauf eingegangen wird.
Um aber die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung weiter zu beleuchten, geben wir hier eine kurze Zusammenfassung.
5 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Behälters 100. Der Behälter 100 weist eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Außenwand 101 mit einer Lippe 103 am schmalen Ende auf. Die Außenwand 101 schließt sich an ihrem breiteren Ende an eine im wesentlichen Planare ringförmige erste Basis 105 an. Eine zweite im wesentlichen konische Innenwand 107 schließt sich an ihrem breiteren Ende an eine Innenkante der ringförmigen ersten Basis 105 an. Die Innenwand 107 schließt sich an ihrem schmalen Ende an eine Vertiefung 109 an. Die ringförmige erste Basis 105 ist an ihrer Außenkante mit einer Lippe 111 versehen, um eine bessere Verbindung zum Rotormotor 57 mit dem Behälter 100 herzustellen.
Vor der Benutzung der Vorrichtung wird eine Probe mit Fluid des Patienten in den Behälter 100 eingebracht, und der Behälter wird mit dem Rotormotor 57 in Verbindung gebracht. Der Betrieb des Rotormotors 57 bewirkt, daß der Behälter 100 um eine Mittelachse der Außenwand 101 geschleudert wird. Das Schleudern des Behälters 100 bewirkt, daß die schwereren Bestandteile des Patientenfluids sich zur ersten Basis 105 hin bewegen und die leichteren Komponenten sich entlang der Innenwand 107 zu der Vertiefung 109 hin bewegen. Die leichteren Bestandteile sind dann in der Vertiefung 109 enthalten, um sie leichter herausnehmen zu können.
Es ist zu erkennen, daß die äußere Konfiguration des oben angesprochenen Behälters 100 für die Funktion, die der Behälter 100 erfüllen soll – nämlich die Trennung von Fluidbestandteilen –, nicht wesentlich ist. Es ist die Bereitstellung einer erhöhten Vertiefung 109, was die Trennung von Fluidbestandteilen beim Zentrifugieren erleichtert. Deshalb darf der Behälter, der im vorliegenden Text beschrieben wird, nicht als durch seine äußere Konfiguration oder Gestalt beschränkt verstanden werden.
6 ist ein Aufriß einer Reagenzienpatrone 200. Wie zu sehen, hat die Reagenzienpatrone 200 einen im wesentlichen planaren Körper 201 mit vier herabhängenden Reagenzienkammern (203, 205, 207, 209). Die Reagenzienkammern sind an der Oberseite des planaren Körpers 201 offen. An einem Ende der Patrone befindet sich eine Röhre 211, die so bemessen ist, daß sie einen Einlaß eines Biosensors in sich aufnehmen kann. Auf diese Weise können die Reagenzienpatrone und der Biosensor so zusammengesetzt werden, daß sie ein kleineres Volumen beanspruchen, wenn sie vor der Verwendung zusammengepackt werden.
7 veranschaulicht eine Draufsicht auf die Patrone von 6. Wie zu sehen, sind die vier Reagenzienkammern an dem planaren Körper 201 offen und nehmen von der kleinsten Kammer 203 zur größten Kammer 209 an Volumen zu. Freilich kann man die Größe der Kammern nach Belieben ändern. In 7 ist auch ein Ende der Röhre 211 gezeigt. Die erste Kammer 203 hat einen ungefähr kreisrunden Querschnitt, und die zweite, die dritte und die vierte Kammer 205, 207 bzw. 209 haben im wesentlichen elliptische Querschnitte mit zunehmenden fokalen Abständen.
Die Patrone 200 aus den 6 und 7 wird zu Beginn mit Reagenzien für einen bestimmten auszuführenden Diagnosetest gefüllt. Zu einem Beispiel für einen Satz Reagenzien zum Testen auf Myocardinfarkt (siehe die vorherige und folgende Besprechung). Nachdem die Kammern mit den Reagenzien befüllt wurden, wird die Patrone 200 dicht verschlossen. Das Verschließen der Patrone 200 kann durch Anbringen einer abziehbaren Metallfolienabdeckung an dem planaren Körper 201 geschehen.
Die Patrone 200 kann auf diese Weise verschlossen und transportiert werden, wobei das Risiko gemindert wird, daß Reagenzien sich gegenseitig kontaminieren oder daß Reagenzien verderben. Unmittelbar vor Gebrauch kann der Benutzer die Abdeckung abziehen, um die Kammern und Reagenzien freizulegen. Die Abdeckung der Reagenzienpatrone kann statt dessen auch an ihrem Platz belassen werden, und die Spitze des Biosensors kann dafür konfiguriert sein, die Abdeckung gegebenenfalls vor dem Herausnehmen des Patroneninhalts zu durchstechen. In beiden Fällen erhält der Benutzer einen Satz Reagenzien für einen bestimmten Test, ohne Zeit mit der Präparation dieser Reagenzien zu vergeuden.
Der (nicht gezeigte) Deckel der Patrone 200 kann mit einem Strichcode versehen sein. Der Strichcode enthält Informationen über die in der Patrone 200 enthaltenen Reagenzien und kann Informationen über die Art des mit der Patrone 200 auszuführenden Tests enthalten.
Wie oben angesprochen, kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung für die Diagnose eines Myocardinfarkts mittels eines elektrochemischen Immunoassays verwendet werden. In diesem Fall könnte die Patrone 200 aus den 6 und 7 beispielsweise mit folgenden Reagenzien befüllt werden. Die erste Kammer 203 würde mit einem Konjugat befüllt werden (bei dem es sich um das Enzym ALP handeln kann), die zweite Kammer 205 würde mit einem getrockneten Substrat befüllt werden (bei dem es sich um Naphthylphosphat handeln kann), die dritte Kammer 207 würde mit einer Waschlösung befüllt werden, und die vierte Kammer 209 würde mit einer Pufferlösung befüllt werden. Während des Gebrauchs würde Pufferlösung aus der vierten Kammer 209 entnommen und dem getrockneten Substrat beigegeben werden, um die Substratlösung zu rekonstituieren. Weitere Enzym-Substrat-Paare werden weiter unten genannt.
8 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines elektrochemischen Biosensors. Wie in 8 zu sehen, enthält der Biosensor eine Gegenelektrode 301, einen Arbeitselektrodenkontakt 303, einen Biosensorkörper 305, einen Biosensoreinlaß 307 und eine Festphasen-Immunoassaystelle mit einer porösen Distanzscheibe 309, einer porösen PVDF-Scheibe 311 und einer porösen Graphitscheibe 313 als Arbeitselektrode. Bei der Distanzscheibe kann es sich beispielsweise um eine Loprosorb^TM-Scheibe handeln, und bei der Graphitscheibe kann es sich um eine Toray^TM-Scheibe von Toray Industries, Japan, handeln.
Wie oben angesprochen, kann der Biosensor zum Durchführen eines Immunoassays mittels des Testens von Parametern einer Blutprobe eines Patienten verwendet werden. Gemäß einem Beispiel eines solchen Tests wird zuerst Plasma aus der Patientenprobe abgetrennt, vorzugsweise mittels des Behälters der vorliegenden Erfindung, und dann mittels einer Spritze, die mit der Gegenelektrode 301 verbunden ist, in den Biosensor gezogen. Während das Plasma vom Biosensoreinlaß 307 durch den Biosensor fließt, durchquert es die poröse PVDF-Scheibe 311. Die poröse PVDF-Scheibe 311 ist mit einem bestimmten Antikörper imprägniert, und wenn Plasma durch die Scheibe gezogen wird, so wird dadurch ein zu testendes Antigen auf der Scheibe 311 erfaßt.
Als nächstes wird eine Menge eines Markierungsantikörpers (vorzugsweise eines Antikörpers für ein Antigen, das mit einem klinischen Krankheitsbild verbunden ist, wie beispielsweise einem akuten Myocardinfarkt), das mit Alkaliphosphatase (ALP) konjugiert ist, mittels der Spritze durch den Biosensor gezogen. Während das Konjugat durch die PVDF-Scheibe 311 fließt, markiert der Antikörper das Antigen, das auf der Scheibe 311 erfaßt ist.
Als nächstes zieht die Spritze eine Menge an Waschlösung, die dafür verwendet wird, überschüssiges Konjugat von dem Biosensor abzuwaschen. Als nächstes zieht die Spritze eine Menge an rehydriertem Substrat, woraufhin ein Potenzialunterschied an die Gegenelektrode 301 und die Arbeitselektrode 313 angelegt wird und ein Strom erzeugt wird, der die Menge des auf der Scheibe 311 erfaßten Antigens anzeigt.
Dieser Prozeß funktioniert aufgrund der elektrochemischen Natur des ALP und des Substrats. Wenn das ALP das auf der Scheibe 311 erfaßt Antigen markiert, so wird das Substrat (Naphthylphosphat) in Naphthol umgewandelt, das durch den Biosensor 29 gezogen wird und auf der porösen Graphitscheibe 313 durch den Potenzialunterschied, der durch den Arbeitselektrodenkontakt 303 an diese angelegt wird, oxidiert wird. Die Oxidation des Naphthols auf der Graphitscheibe 313 bewirkt einen Elektronenfluß (d. h, einen Strom, der in einem elektrischen Stromkreis fließt, der die Gegenelektrode 301, eine wässrige Lösung, die Arbeitselektrode 313, den Arbeitselektrodenkontakt 303 und angeschlossene Vorrichtungen beinhaltet) zwischen dem Arbeitselektrodenkontakt 303 und der Gegenelektrode 301, wobei die Größenordnung des erzeugten Stroms die Menge des Naphthols anzeigt, das auf der Graphitscheibe 313 oxidiert ist, und somit die Menge des getesteten Antigens in der Patientenprobe anzeigt.
Obgleich das oben Dargelegte in Verbindung mit einem ALP-Enzym-und-Naphthylphosphat-Paar beschrieben wurde, versteht es sich, daß jede beliebige Enzym-Substrat-Kombination verwendet werden kann, die eine problemlos oxidierbare oder reduzierbare Spezies hervorbringt. Beispielsweise könnte Aminophenylphosphat als ein Substrat mit ALP verwendet werden. Weitere Beispiele für Enzym-Substrat-Paare sind beta-Galactosidase mit p-Aminophenyl-beta-D-Galactosidase zur Herstellung der elektroaktiven Spezies Aminophenol, Glukoseoxidase mit Glukose zur Herstellung der elektroaktiven Spezies Wasserstoffperoxid und Laktatdehydrogenase mit Laktat in Gegenwart von NAD⁺ zur Herstellung der elektroaktiven Spezies NADH.
9 ist eine Draufsicht auf ein wegwerfbares Diagnosekit 400. Das Kit 400 eignet sich besonders zur Verwendung mit der Vorrichtung von 1. Wie in 9 gezeigt, enthält das Kit 400 einen Behälter 401, in dem sich ein wegwerfbarer Probenbehälter 100, eine Wegwerfspritze 27, ein wegwerfbarer Biosensor 29 und eine wegwerfbare Reagenzienpatrone 200 befinden. Der Kitbehälter 401 ist mit einer (nicht gezeigten) abnehmbaren, dicht verschließenden Abdeckung versehen, die es ermöglicht, die Sterilität der Bestandteile bis zu ihrem Verwendungsort zu wahren. Wie oben angesprochen, können das Kit 400 und seine Bestandteile zu relativ geringen Kosten aus Kunststoff hergestellt werden.
Es wird nun eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Der temperaturgesteuerte Block, der die Reagenzstreifen hält und als Träger für den Zentrifugenmechanismus dient, kann aus Aluminium bestehen.
Jeder Patronensensor kann eine reflektierende optische Vorrichtung sein, die mit der Steuerung verbunden ist, um der Mikrosteuerung das Vorhandensein einer Patrone anzuzeigen. Der gesamte Block wird durch einen Aufwärts-Abwärts-Motor angehoben, um es zu ermöglichen, daß Proben- oder Reagenzienmaterial nach Bedarf aus dem Behälter oder der Patrone gezogen werden kann. Dieser Motor ist an der Basis der Vorrichtung montiert.
Die Zentrifuge ist auf einem Verschiebemechanismus montiert und wird mittels eines Schrittmotors unter jedem Sensor angeordnet. Die Zentrifuge besteht aus einem Halter, in den der Behälter durch den Benutzer eingesetzt wird, und einem Führungsring, um den Behälter festzuhalten. Eine Lichterfassungsvorrichtung befindet sich unter dem Halter und ist mit der Steuerung verbunden, um das Vorhandensein des mit Probenmaterial (beispielsweise Blut) befüllten Behälters durch Lichtstärkeänderung zu erkennen.
Die Patronen und der Behälter werden durch einen Motor in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung positioniert. Da die Sensorspitze fixiert ist, werden alle Proben der Spitze durch die Kombination aus Bewegungen des Vorwärts-Rückwärts-Motors, des Schrittmotors und des Aufwärts-Abwärts-Motors zugeführt.
Das Sensorsystem hat einen Motor für jeden Biosensor, der den Spritzenkolben durch eine direkte Verbindung in jeder Richtung antreibt, die von der Steuerung vorgegeben wird. Der untere Teil der Antriebsbaugruppe hält den Biosensor in einer festen Position und stellt einen Schutz für die elektrischen Kontakte zum Biosensor dar. Eine LED-Anzeige befindet sich neben jedem Biosensor, um den Benutzer über den Status des betreffenden Biosensors zu informieren. Die elektrischen Kontakte sind direkt auf einer Signalverarbeitungsplatine montiert, die mit der Steuerung verbunden ist und den Biosensoren während eines Assays eine Spannung zuführt.
Die Vorrichtung wird durch Auswählen von vorprogrammierten Optionen bedient, die durch Menüs angeboten werden, die auf der Anzeige erscheinen. Strichcodes auf der Spritze und der Patrone stellen ebenfalls ein Mittel dar, um Testtyp-, Chargen- oder Kitkalibrierungsdaten usw. auszuwählen. Der Benutzer muß die Auswahl über die Kleintastatur bestätigen. Ein Drucker erzeugt einen Ausdruck des Ergebnisses in Text- oder grafischem Format. Sollte es zu einem Fehler kommen, so leuchtet eine einzelne rote LED auf, und ein akustischer Piep-Alarm ertönt, während eine Fehlermeldung angezeigt wird.
Ein Lesegerät vom CCD-Typ (Charge Coupled Device) liest Informationen aus Strichcodes auf den Kit-Bestandteilen, wie beispielsweise auf dem Biosensor bzw. der Spritze und der Patrone.
Das Kit hat des weiteren ein Strichcode-Etikett zum Eingeben weiterer Daten. Sollte das Etikett nicht lesbar sein, so werden die Daten von Hand über die Kleintastatur eingegeben.
Daten-, Sensor- und Steuersignaleingaben werden durch die Steuerung gelesen und verarbeitet, um die Steuerungs- und Datenausgabenreaktionen festzulegen. Die Vorrichtung basiert auf einem mikrogesteuerten integrierten Schaltkreis, der externe Daten und Programmspeicher mit zusätzlichen E/A-Funktionen (Eingabe/Ausgabe) benötigt. Der Datenspeicher ist ein nichtflüchtiger RAM (NFR), so daß die Identität des Patienten und die Ergebnisse als eine Datenbank erhalten bleiben, wenn die Vorrichtung abgeschaltet wird. In dem NFR befindet sich eine Echtzeituhr, um während des Tests Datums- und Uhrzeitstempel aufprägen zu können. Die verschiedenen Positionierungs- und Spritzenantriebsmotoren werden durch die Steuerung über Motorantriebsschnittstellen auf den Motorantriebsplatinen aktiviert und schrittweise bewegt. Die Stromversorgung der Biosensoren und die Datenumwandlung erfolgen durch die Biosensorsignalplatine unter der Aufsicht der Mikrosteuerung. Daten für den Ausdruck werden zu einer Druckerschnittstellenplatine gesandt, die den Druckerbetrieb verwaltet. Die Blocktemperatur wird durch die Mikrosteuerung über die Blockheizung gesteuert, die einen Temperatursensor und einen Heizleistungsregler enthält.
Die Vorrichtung und ihre Bestandteile und die Signalverarbeitungssoftware arbeiten über einen Netzstromanschluss über einen Eingang vom IEC-Typ. Die gesamten Arbeits- und Kit-Komponenten befinden sich wäh rend des Assays in einem Gehäuse, um unberechtigte Eingriffe zu verhindern.
Der Biosensor enthält eine poröse Scheibe, die mit einem Assay-spezifischen Material imprägniert ist. Eine weitere Scheibe in dem Biosensor (vorzugsweise eine Graphitscheibe) steht in Kontakt mit leitenden Kunststoffteilen, die einen Pfad für Strom bilden, der während des Tests durch das Instrument angelegt wird. Testkitreagenzien und Proben werden unter der Wirkung des Spritzenkolbens nacheinander durch die Zelle gezogen. Die Geschwindigkeit der Kolbenbewegung bestimmt die Strömungsrate, die exakt durch die Steuerung gesteuert wird. Eine Lufttasche im Inneren der Spritze dämpft die Antriebsbewegung, so daß ein gleichmäßiger Flüssigkeitsfluß durch die Zelle entsteht. An die Zelle wird ein Potenzial angelegt, und der Stromfluß wird gemessen. Die Analyse dieses Stroms führt zum Ergebnis des Assays. Ein Strichcode-Etikett wird auf der Spritze angebracht, um den Assay, die Kalibrierungsdaten, die Charge und das Verfallsdatum zu identifizieren.
Der Behälter wird mit genügend Probenmaterial (beispielsweise Blut) befüllt, um genügend Probenmaterial für drei Assays zu haben. Es wird mit hohen Geschwindigkeiten gearbeitet, um eine Einheitlichkeit der verdichteten Zellen für das zu testende, den Hämatokrit verlassende Plasma herzustellen. Die Form der Behältermitte ermöglicht es Plasma, zur Mitte des Behälters zu fließen, wo es festgehalten wird, während der Hämatokrit im äußeren Bereich gehalten wird.
Die Reagenzienpatrone enthält vier Kammern, die das Reagens für den Assay enthalten. Das Reagens wird in den Streifen durch eine Folienmembran eingeschlossen, die während des Assays durch die Sensorspitze eingestochen wird. Ein Strichcode wird auf dem Streifen aufgebracht, um den Typ des Assays und die Chargennummer zu identifizieren.
Verwendung der Vorrichtung zur Beurteilung eines akuten Myocardinfarkts (AMI)
Die Herzmarkerproteine sind Proteine, die hochspezifisch für Myocardgewebe sind und die während einer AMI-Gewebeschädigung in Serum abgegeben werden. Einige von diesen, wie beispielsweise CK-MB und Myoglobin, wurden inzwischen durch viele Studien als spezifische und sensible Marker für AMI klinisch validiert. Andere, beispielsweise Troponin, werden immer populärer, und viele Gruppen versuchen derzeit, frühzeitigere und empfindlichere Marker zu entdecken.
Tabelle 1 (unten) gibt einem Überblick über die populärsten Marker, die derzeit verfügbar sind, und ihre wesentlichen Eigenschaften. Jeder dieser Marker hat für Diagnose und Therapie ein wenig andere Eigenschaften zu bieten. Myoglobin mit einem Molekulargewicht von 17.000 Dalton ist einer der ersten, der nach dem AMI-Ereignis in Serum oder Plasma auftaucht. Es kehrt aber innerhalb von 24 Stunden auf einen Normalwert zurück, so daß es sich nicht zum Diagnostizieren eines Patienten eignet, der einige Zeit nach dem Einsetzen der Symptome untersucht wird, aber es würde bei der Entscheidung helfen, eine thrombolytische Therapie bei einem Patienten zu beginnen, der beizeiten untersucht wird.
Tabelle 1
Für die Auswahl der idealen Parameter für einen bestimmten Patienten muß man den allgemeinen zeitlichen Verlauf dieser Proteine im Blut und ihre anderen Eigenschaften berücksichtigen. 10 zeigt ein typisches Verhalten dieser Marker im Serum eines Patienten im zeitlichen Verlauf. In dieser Hinsicht zeigt 10 die Konzentrationsveränderung im Serum im zeitlichen Verlauf nach einem AMI-Ereignis für derzeit populäre Herzmarker (siehe auch 14 und 15).
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bietet die Möglichkeit, die Parameter in diesem grafischen Format zu protokollieren und darzustellen, wodurch es dem Kliniker möglich ist, die Therapie eines Patienten genau zu verfolgen, eine Überwachung im Hinblick auf einen zweiten Infarkt durchzuführen und eine erfolgreiche Reperfusion zu erkennen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das erste Instrumentenpanel die Parameter Myoglobin und CK-MB in dem inzwischen akzeptablen (und zunehmend bevorzugten) Massenformat (μg/l). Viele Kliniker würden traditionell einen Gesamt-CK-Test sowie das CK-MB verlangen. Das Vergleichen des CK-MB-Verhältnisses mit dem CK (wenn beide UL sind) ist ein empfohlenes Kriterium der Weltgesundheitsorganisation (AMI, wenn CK-MB/CK > 4 %).
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung stellt ein Mittel zum Feststellen des Gesamt-CK als eine Aktivitätenmessung oder eine Schätzung des Gesamt-CK bereit. In dieser Hinsicht setzt sich der Gesamt-CK- Gehalt von Serum aus den Isoformen CK-MM und CK-MB zusammen, und das Hirnenzym CK-BB ist nur dann in signifikanten Mengen vorhanden, wenn eine schwere Kopfverletzung vorliegt. Siehe beispielsweise 11, die eine Elektrophoresetrennung ist, um CK-Isoformen in Serum und Hirnextrakt zu veranschaulichen. Bei diesen CK-Elektrophoretogrammen bedeutet: a = Gesamthirnextrakt; b = Serumprobe von einem Infarktpatienten; c = Extrakt von der Großhirnrinde; d = Extrakt vom Hirnmedulla; e = Extrakt vom Kleinhirn (Agarose-Elektrophorese 50 mM Natriumbarbitalpuffer (pH 8,0), 85 V). Somit ist die Messung des CK-BB während eines AMI letztendlich nicht effektiv. Eine Kurve der CK-MB-Niveaus und CK-BB-Niveaus im Serum eines Patienten während eines AMI im Verhältnis zur Zeit in 12 veranschaulicht dies ebenfalls. In dieser Hinsicht ist 12 eine Veranschaulichung von CK-MB- und CK-BB-Niveaus, die mittels eines Zweistellen-Immunoassays im zeitlichen Verlauf im Serum eines AMI-Patienten gemessen wurden.
Insbesondere 12 zeigt eine typische Kurve, die einen Anstieg des Serum-CK-MB im zeitlichen Verlauf nach einem Myocardinfarkt zeigt. Wie zu sehen ist, steigen sowohl CK-MM als auch CK-MB während eines AMI an, obgleich der proportionale Anteil des CK-MB zum MM infolge der großen Mengen von CK-MB im Herzgewebe ansteigt. Der CK-MM-Wert kann aber auch nach einem Muskeltrauma ansteigen, wie auch der CK-MB-Wert in einem geringeren Maß. In der Realität ergibt die Messung des CK-MM + CK-MB praktisch den Gesamt-CK in Serum. Normalerweise wird der Gesamt-CK durch die klinische Chemie gemessen.
Es wurden auch Studien zu den verschiedenen Isoformen in Serum und zu ihrer Veränderung im zeitlichen Verlauf durchgeführt. Es gibt drei Typen von MM, und zwar MM1, MM2 und MM3, und zwei Typen von MB, und zwar MB1 und MB2. Diese werden normalerweise durch Hochspannungselektrophorese und Fluoreszenzfärbung quantifi ziert, aber es werden inzwischen auch einige Immunoassays verfügbar. Das Verhältnis von MB1 zu MB2 und MM1 zu MM3 hilft auch bei der Frühdiagnose von AMI, aber einige Studien machen geltend, daß die Gesamt-CK-MB-Messung ebenso effektiv ist. Es gibt augenscheinlich keine Studien zum Gesamt-CK-MB/CK-MM-Verhältnis. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wäre jedoch zur Durchführung einer solchen Untersuchung befähigt, die theoretisch sehr spezifisch für AMI wäre (Einstellen eines Schwellenverhältnisses für eine positive Diagnose).
Für die bevorzugte Vorrichtung und Patrone der vorliegenden Erfindung besteht das zweckmäßigste Verfahren darin, Tests für Myoglobin, CK-MB und CK-MM – alle als Massenassays (über Zweistellen-Immunoassays) – bereitzustellen. Es ist durchaus möglich, daß die Benutzer lediglich CK-MB und Myoglobin für die Mehrzahl der Patienten verwenden, aber wenn sie den Gesamt-CK brauchen, so haben sie die Option, sowohl eine CK-MB- als auch eine CK-MM-Patrone im selben Durchgang zu laden. Das Instrument gibt dann Werte für CK-MM, CK-MB und den geschätzten Gesamt-CK und das CK-MB/Gesamt-CK-Verhältnis aus. Statt dessen kann der CK-MM auch durch das Instrument für sich allein gemessen werden.
Myoglobin bleibt der bevorzugte Parameter für die Frühdiagnose von AMI. Der Wert steigt in den ersten 1–3 Stunden nach dem AMI an, erreicht nach etwa 6 Stunden den Höchstwert und kehrt innerhalb von 24 Stunden auf seinen Normalwert zurück. Die derzeitige AMI-Schwelle mit Myoglobin ist > 90 μg/l, obgleich dies mittels der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung klinisch verifiziert werden könnte.
Die CK-MB-Schwellenwerte für AMI wurden in den Kits anderer Hersteller auf etwa 5 μg/l festgesetzt.
Sowohl CK-MB als auch Myoglobin kann zur Überwachung der Reperfusion verwendet werden. 13 zeigt den Unterschied zwischen reperfusierten und nichtreperfusierten CK-MB-Niveaus bei zwei Patienten nach einer rt-PA-Therapie.
In dieser Hinsicht veranschaulicht 13 eine CK-MB-Messung im zeitlichen Verlauf bei reperfusierten Patienten und nicht-reperfusierten Patienten mit seriellen Gesamt-CK- (links) und CK-MB-Werten (rechts) für zwei Patienten nach einem Myocardinfarkt: einmal mit erfolgreicher Reperfusion nach Rekombinanzgewebe-Plasminogenaktivator-Therapie (rt-PA) (Reperfusion) und einmal ohne Reperfusion.
Zusammenfassend kann man also sagen, daß das Biosensorsystem der vorliegenden Erfindung die Durchführung empfindlicher Immunoassays in weniger als 15 Minuten im Stations- oder Satellitenlabor gestattet. Die vorliegende Erfindung ist von besonderem Nutzen für die Notfallkardiologie, für Intensivstationen und sonstige Stationen, die mit der Diagnose und Behandlung von akuten Myocardinfarkten (AMI) befaßt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das System bis zu drei Immunoassay-Parameter gleichzeitig in einer einzelnen Patientenprobe innerhalb von weniger als 15 Minuten testen. Auf dem Kardiologiesektor dient das Instrument als Diagnosehilfe für AMI und als ein Mittel zur Reperfusionsüberwachung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die drei Parameter, die auf dem ersten Panel angeboten werden, Myoglobin, CK-MB und CK-MM (für Gesamt-CK).
Das Instrument der vorliegenden Erfindung kann klein und leicht sein und kann problemlos auf einer Station zu verschiedenen Orten getragen werden oder eignet sich zum Transport auf einem kleinen Wagen. In der Regel lädt ein Bediener 3 ml heparinisiertes Blut von dem Patienten in einen wegwerfbaren Kunststoffro tor, der dann in die Maschine eingesetzt wird. Für jeden Parameter gibt es eine kleine Spritze und eine Reagenzienpatrone, die für einen speziellen test (Myoglobin, CK-MB usw.) zusammengepackt und strichcodiert werden. Der Bediener benutzt ein stabförmiges Strichcodelesegerät, um die Informationen auf der Seite der Spritze zu bestreichen, woraufhin an der Maschine eine LED dort aufleuchtet, wo die Spritze zu beladen ist, und die Maschine überprüft auf der Anzeige, daß der Bediener diesen Parameter in der vorliegenden Patientenprobe testen will. Dies wird für die Patrone wiederholt. Mit einem einzigen Zyklus der Maschine können ein, zwei oder drei Parameter für jede Patientenprobe getestet werden.
Wenn der Deckel des Instruments geschlossen ist, geht die Vorrichtung in ihren Betriebsablauf über. In der Regel wird das Blut 4 Minuten lang zentrifugiert, und während dieser Zeit initiiert das Instrument die elektrochemischen Biosensoren und überprüft sie.
Am Ende des Zeitraums sind in der Regel 250 μl Plasma direkt von dem wegwerfbaren Rotor in jeden der Spritzenköpfe gewandert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wandert das Plasma durch den Spritzenkopf, durchquert eine poröse antikörperbeschichtete Membran, und das getestete Antigen wird erfaßt. Die Spritze geht dann zur Patrone und zieht in der Regel 500 μl eines mit Alkaliphosphatase (ALP) konjugierten Markierungsantikörpers. Diese durchwandert die Membran und markiert das erfaßte Antigen.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform zieht die Spritze als nächstes eine Waschlösung (1 ml) und geht dann zur Enzymsubstratöffnung in der Patrone. Im Inneren des Spritzenkopfes (hinter der antikörperbeschichteten Membran) befindet sich eine poröse Elektrode, und eine zweite Rückmeldeelektrode befindet sich an einer weiteren Stelle in dem Spritzenkopf. Das verwendete ALP-Substrat ist insofern elektrochemisch, als ein Kontakt mit ALP das Substrat (Naphthylphosphat) in ein elektroaktives Produkt (Naphthol) umwandelt, das leicht auf der porösen Elektrode oxidiert. Der Assay ist für jedes Antigen so kalibriert, daß Strom an der Elektrode der Antigenkonzentration entspricht.
In der Regel sind alle drei Parameter innerhalb von 15 Minuten getestet, und das Instrument zeigt Konzentrationen an, druckt Konzentrationen auf Verlangen aus und druckt auch Kurvediagramme für jeden Parameter im Verhältnis zur Zeit, falls frühere Werte für den Patienten gespeichert wurden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Instrument in der Lage, 24 Werte für jeden der drei Parameter für bis zu 15 Patienten zu speichern.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet daher eine elektrochemische in-vitro-Assay-Technik, um Herzanfälle durch Messen der Niveaus spezifischer Marker in einer Blutprobe eines Patienten oder Opfers festzustellen. Die Niveaus der Marker zeigen die Zeit und die Schwere des Anfalls und auch den Fortschritt der Zustandsbesserung an.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Instrument, in das einmalverwendbare, wegwerfbare Kit-Komponenten und Blutproben geladen werden, um ein Ergebnis zu erhalten. Die Kit-Komponenten bestehen aus einer elektrochemischen Zelle und einer Spritze, einem Reagenzstreifen und einem Probenhalter (auch als Zentrifugenrotor bekannt).
Die Spritze und der Streifen sind strichcodiert, um eine korrekte Identifizierung zu ermöglichen und Assay- und Kalibrierungsdaten zu erhalten. Jeder Marker erfordert einen speziellen Zellentyp.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung führt den Assay automatisch aus, sobald die Assaykitkomponenten geladen und durch Strichcodeübereinstimmung und Bestätigung durch den Bediener verifiziert wurden. Das Blut des Patienten wird in den Rotor hineindosiert und am Beginn des Tests in das Instrument geladen. Der Assay wird automatisch durchgeführt, und die Ergebnisse werden je nach Bedarf zur Anzeige oder zum Ausdruck intern gespeichert.
Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung im vorliegenden Text lediglich beispielhaft beschrieben wurde und daß Modifizierungen und Ergänzungen innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung vorgenommen werden können.

Claims

Automatikdiagnosevorrichtung, die folgendes umfaßt: Probehaltemittel zum Halten einer Probe, wobei das Probehaltemittel einen Behälter mit einer ersten Basis und einer zweiten Basis umfaßt, wobei die zweite Basis gegenüber der ersten Basis angehoben ist und darin eine Vertiefung aufweist, so daß, wenn Material, das eine schwerere Komponente und eine leichtere Komponente umfaßt, in dem Behälter angeordnet und schnell gedreht wird, die schwerere Komponente in Richtung der ersten Basis gezwungen wird und die leichtere Komponente in Richtung der und auf die zweite Basis gezwungen und danach innerhalb der Vertiefung festgehalten wird; eine Zentrifuge zum schnellen Drehen der Probehaltemittel und der Probe; Mittel zum Extrahieren der leichteren Komponente aus dem Probehaltemittel und zum Übertragen des leichteren Materials zu oder durch ein Erfassungssystem, das dahingehend betätigt werden kann, ein elektrochemisches Immunoassay von ihm gelieferten leichteren Material durchzuführen; Spannungszufuhrmittel zum Anlegen einer Potentialdifferenz an das Erfassungssystem; einen Controller zum Steuern des Betriebs der Vorrichtung und zum Verarbeiten von Daten, die sich aus dem elektrochemischen Immunoassay des leichteren Materials ergeben; und Ausgabemittel zum Kommunizieren verarbeiteter Daten an einen Benutzer.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eines der Gebiete gegenüber dem anderen Gebiet angehoben ist und darin eine Vertiefung ausgebildet ist, so daß, wenn die Probe, die eine schwerere Komponente und eine leichtere Komponente umfaßt, in dem Behälter angeordnet und schnell gedreht wird, die leichtere Komponente in Richtung auf und auf das eine Gebiet gezwungen wird und danach innerhalb der Vertiefung festgehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Probehaltemittel weiterhin Reagenzhaltemittel umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Reagenzhaltemittel eine Reagenzpatrone ist, die einen Körper mit mindestens einer Vertiefung darin umfaßt, und eine über der Vertiefung abgedichtete entfernbare Abdeckung, wobei mindestens ein Reagenz innerhalb der mindestens einen Vertiefung vorgesehen ist und die entfernbare Abdeckung mit einem Strichcode auf einer Außenseite davon versehen ist, wobei der Strichcode dazu verwendet werden kann, das bzw. die Reagenzien und/oder einen das bzw. die Reagenzien erfordernden Diagnosetest zu identifizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, mit Heizmitteln zum Erhitzen des Reagenzhaltemittels, wobei das Heizmittel von dem Controller gesteuert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit Eingabemitteln zum Eingeben von Daten in den Controller.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Eingabemittel ein Tastenfeld und einen Scanner zum Scannen von Strichcodedaten umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung einen Deckel aufweist und wobei der Controller in Betrieb mit einem Deckelsensor verbunden ist, um zu erfassen, ob der Vorrichtungsdeckel offen oder geschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Controller in Betrieb mit einem Probesensor verbunden ist, um zu erfassen, ob eine Probe vorliegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Erfassungssystem einen Biosensor umfaßt, der folgendes umfaßt: einen Sensorkörper mit einem Sensorauslaß in einem Teil davon; eine Gegenelektrode mit einer ersten Öffnung, die im Betrieb mit dem Sensorauslaß verbunden ist; eine Arbeitselektrode mit einer zweiten Öffnung, die im Betrieb mit dem Sensorauslaß verbunden ist; ein Festphasensystem, das im Betrieb innerhalb der Arbeitselektrode angeordnet ist; und ein Einlaßmittel zum Liefern einer Probe auf das Festphasensystem.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Sensorkörper aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und die Arbeits- und Gegenelektroden aus einem elektrisch leitenden Kunststoffmaterial hergestellt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Extrahiermittel eine Spritze ist.