DE69918135T2

DE69918135T2 - Verfahren zum durchführen von tests

Info

Publication number: DE69918135T2
Application number: DE1999618135
Authority: DE
Inventors: Paul Gleason; Robert Costa Mesa MILLER; Rex Bare; Vijay Mahant; Christopher Laguna Beach FEISTEL; Glenn San Marcos WALKER
Original assignee: Qualigen Inc
Current assignee: Qualigen Inc
Priority date: 1998-08-03
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2019-07-23
Also published as: ES2221752T3; AU5460099A; HK1041046A1; JP4138250B2; EP1110084A4; US6300138B1; EP1110084B1; ATE269541T1; JP2002523779A; WO2000013014A1; DE69918135D1; EP1110084A1

Description

Gebiet der Erfindung
Das Gebiet der Erfindung ist die Diagnostik.
Hintergrund der Erfindung
In den vergangenen Jahrzehnten führten die Fortschritte in der modernen Chemie und eine technisch ausgereiftere Instrumentierung zu einer Unmenge an klinischen Tests. Die zur Durchführung solcher Tests benötigte Ausstattung und das geschulte Personal führten jedoch ebenfalls zu einem Anstieg der Kosten. Um die Kosten bezüglich klinischer Diagnose zu reduzieren, lagern viele Ärzte häufig die Untersuchung von Blut und anderen Proben an zentrale oder spezialisierte Labore aus. Die Auslagerung klinischer Diagnostik erhöht jedoch oftmals die Zeit zwischen Erhalt der Probe und Erhalt eines Testergebnisses. Eine Verzögerung im Erhalt eines Testergebnisses ist vor allem von Nachteil, wenn Zeit ein kritischer Faktor in der differentiellen Diagnose zum Beispiel in der Behandlung von Herzattacken, Vergiftung oder Schlaganfällen ist. Ferner kommt eine Verzögerung im Erhalt der Testergebnisse zu den Gesamtkosten hinzu.
Die Zeitspanne zwischen Erhalt einer Probe und Erhalt eines Testergebnisses ist nicht nur von höchster Wichtigkeit in der klinischen Diagnose, sondern auch in einer Vielzahl anderer Gebiete. Solche Gebiete sind zum Beispiel Umweltchemie, um eine Quelle einer Umweltverschmutzung zu detektieren, militärische Felduntersuchungen, um giftige Gase zu detektieren, oder eine kriminologische Untersuchung, um Spuren chemischer Marker zu finden. Zeitbeschränkungen sowie das Erfordernis, diagnostische Tests am Ort der Probennahme durchzuführen, führten zur Entwicklung kompakter, in sich geschlossener Testsysteme. Derartige in sich geschlossene Testsysteme können in zwei verschiedene Klassen kategorisiert werden.
Die erste Klasse kann als qualitative Testsysteme charakterisiert werden. Viele qualitative Testsysteme stellen alle erforderlichen Reagenzien bereit, und eine Probe kann ohne weiteren Bedarf an Instrumentierung analysiert werden. In den U.S. Patenten 3,726,645 an Kaczmarek et al., 3,713,779 an Sirago et al. und 3,689,224 an Agnew et al. werden zum Beispiel kleine, flache, tragbare Testkits beschrieben, in denen eine flüssige oder gasförmige Probe mit Reagenzien reagiert, welche vom Testkit bereitgestellt werden. Eine Farbänderung eines Indikators zeigt das Vorhandensein des Analyten. In diesen Testkits wird gewöhnlich eine manuelle Applikation von Druck verwendet, um Reagenzien und die Probe zu bewegen und zu mischen. In anderen Testsystemen, zum Beispiel in U.S. Patent 4,806,316 an Johnson et al., wird die Probe durch Gravitation oder einen Druckunterschied angetrieben. Wiederum zeigt ein Farbwechsel das Vorhandensein des Analyten. In einem weiteren Beispiel, dem U.S. Patent 4,859,421 an Apicella, werden zusätzliche Elmente in einem Testkit beschrieben, wie zum Beispiel Einwegventile, die nur einen unidirektionalen Fluss von Reagenzien ermöglichen. Ferner können zusätzliche Reagenzien für Positiv- und Negativkontrollen bereitgestellt werden.
Die zweite Klasse kann als quantitative Testsysteme charakterisiert werden. Quantitative Testsysteme erfordern im allgemeinen ein spezielles Instrument, üblicherweise ein Photometer oder ein Fluorimeter. Solche quantitativen Testsysteme nützen verschiedene Arten der Detektion und verschiedene Wege, wie die Probe innerhalb der Untersuchungsvorrichtung bewegt wird. Im U.S. Patent 4,963,498 an Hillmant et al. wird zum Beispiel ein Testsystem beschrieben, in dem eine Blutprobe mit einem Reagenz gemischt und anschließend durch Kapillarwirkung in einen Durchflussweg gezogen wird. Interaktionen zwischen den Reagenzien und der Probe erzeugen eine Änderung der Flussrate. Die Flussrate wird unter Verwendung einer Photozelle gemessen, und im Anschluss wird die Änderung der Flussrate mit der Konzentration des Analyten korreliert. In einem anderen Beispiel beschreibt das U.S. Patent 3,799,742 an Coleman ein Testsystem, in dem eine Probe in einen kleinen Testbehälter gegeben wird. Die Probe wird dann manuell durch eine Filtereinheit in eine Küvette gedrückt, in der eine Farbreaktion stattfindet. Der kleine Testbehälter wird im Anschluss in eine Lesevorrichtung eingesetzt, und die Konzentration des Analyten wird kolorimetrisch bestimmt. Im U.S. Patent 4,673,657 an Christian wird eine Probe auf eine Assaykarte gegeben und mit Hilfe einer Rollschiene zu einer Detektionszone forciert. Ein Pulsvakuum kann die Probe ferner wiederholt über die Detektionszone bewegen. Die Detektionszone kann bis zu 250 Analyten spezifisch binden, und die Analyten können anschließend über einen optischen oder magnetischen Detektor automatisch detektiert und quantifiziert werden.
In einem weiteren Beispiel offenbart WO 97/27324 eine Wegwerfkassette zur Analyse einer Untersuchungsprobe. Die Untersuchungsproben werden in Vorratskammern gegeben und anschließend durch die Pumptätigkeit von Stempeln, die mit Fußpumpen betrieben werden, in Reaktionskammern abgegeben. Reaktionen, welche die Detektion von Analyten in der Probe erleichtern, werden in den Reaktionskammern durchgeführt. WO 97/47967 verwendet ebenfalls Fußpumpen zur Durchführung einer automatischen Isolation von Nukleinsäuren aus einer biologischen Probe. Ein Probenspeicherreservoir, das die biologische Probe enthält, wird mit einem Fußpad unter Druck gesetzt, um die biologische Probe in die Reaktionskammern zu pumpen, in denen die Nukleinsäuren präpariert werden.
In US 4,390,499 wird ein Testsystem zur Durchführung der Analyse einer Probe offenbart. Die zu analysierenden Proben werden in Küvetten eingebracht, die auf einem sich drehenden Rotor montiert sind. Die Rotation des Rotors stellt pneumatische Kräfte bereit, um die Proben in Reagenzien enthaltende Kompartimente zu bewegen, in denen die Analyse der Probe durchgeführt wird.
Obwohl verschiedene qualitative und quantitative Testsysteme im Stand der Technik bekannt sind, weisen beinahe alle Testsystem eine Reihe von Nachteilen auf. Typischerweise werden die Assays in solchen Systemen als Einschritt-Assays durchgeführt, d. h. eine Probe wird mit einem Reagenz oder Satz von Reagenzien gemischt, und das Ergebnis der Reaktion wird im Anschluss gemessen. Viele moderne diagnostische Reaktionen verwenden jedoch multiple Schritte vor der Detektionsreaktion, zum Beispiel die Reduktion einer Probe, um disulfid-gebundene Thiole freizusetzen, oder gekoppelte enzymatische Reaktionen, um einen Analyten indirekt zu messen, oder sekundäre Reaktionen zur Signalamplifikation.
Ein anderer Nachteil vieler quantitativer und qualitativer Testsysteme besteht darin, dass die Reaktion einer Probe mit einem Substrat und die Detektion des Analyten an der gleichen Stelle erfolgen. Dies wirft häufig Probleme auf, wenn nach der Zugabe von Reagenzien zur Probe zusätzliche Prozessierungsschritte erforderlich sind. Wo Proben innerhalb eines Testsystems von einer zu einer anderen Stelle bewegt werden, kann es schwierig sein, reproduzierbare Testbedingungen zu erreichen.
Ein weiterer Nachteil bekannter quantitativer und qualitativer Testsysteme liegt darin, dass viele von ihnen (ein)drückbare Behältnisse zur Lagerung und Dispensierung von Reagenzlösungen verwenden. Trotz der einfachen Handhabung (ein)drückbarer Behältnisse ist die Dispensierung einer genauen und präzisen Menge eines Reagenz aus einem gefügigen Behältnis häufig problematisch. Wenn eine genaue und präzise Flussrate eines Reagenz erforderlich ist, können (ein)drückbare Behältnisse außerdem zu ungenauen und nicht reproduzierbaren Ergebnissen führen.
Während viele Testsysteme mit entsprechenden Mengen an Reagenzien ausgestattet sind und relativ einfachen Protokollen folgen, kann ferner häufig ein Problem darin bestehen, dass die Genauigkeit und Präzision von Testergebnissen operator-, d. h. technikabhängig werden. Eine solche Messung ist daher häufig anfällig für Fehler.
Somit sind im Stand der Technik viele Testsysteme bekannt, um das Vorhandensein eines Analyten in einer Probe qualitativ und quantitativ zu bestimmen. Die gegenwärtigen Testsysteme tendieren jedoch dazu, die Komplexität einer Reaktionssequenz zu limitieren, mit der ein Analyt bestimmt werden kann. Trotz der wachsenden Anzahl neuer und zweckmäßiger diagnostischer Systeme gibt es überraschenderweise kein Testsystem, das eine relative schnelle und einfache Detektion eines Analyten in einer Probe, welche ein komplexes Testverfahren erfordert, ohne die Verwendung komplizierter Messgeräte erlaubt. Daher besteht nach wie vor ein Bedarf an Verfahren und Testsystemen, die diese Beschränkungen überwinden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein erfinderisches Verfahren zur automatischen Probenanalyse wie in Anspruch 1 definiert bereit, bei dem eine Mehrzahl von Aktuatoren an der Bewegung eine Probe von einem Kompartiment zu einem anderen beteiligt ist, und geeignete Reaktanten mit der Probe in einem oder mehr der Kompartimente kombiniert werden.
Die Aktuatoren sind vorzugsweise in einer Vorrichtung enthalten, die ferner einen Detektor, Datenreduktionsvermögen und einen Drucker aufweist. Vorgesehene Signaldetektoren umfassen eine Photomultiplier-Röhre, eine Photodiode und eine ladungsgekoppelte Vorrichtung ("charge-coupled device").
Schritte, die zur automatischen Durchführung vorgesehen sind, umfassen Aliquotieren der Probe, Verdünnen der Probe, Inkontaktbringen zumindest eines Teils der Probe mit einem Reagenz, das eine im wesentlichen selektive Bindungsaffinität gegenüber dem Analyten aufweist, einem Puffer, einer Säure, einer Base oder einer Waschlösung. Vorgesehene Reaktanten umfassen sense und anti-sense Nukleinsäuren, Antikörper, Festphasen-Substrate, Chromophore und Verstärker.
Verschiedene Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser verständlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren dargestellt ist, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Bestandteile bezeichnen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Aufsicht auf einen diagnostischen Einwegbehälter, der in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann.
2 zeigt eine Aufsicht auf einen alternativen diagnostischen Einwegbehälter, der in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann.
3 zeigt eine Aufsicht auf einen weiteren alternativen diagnostischen Einwegbehälter, der in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann.
4 zeigt eine Aufsicht auf einen weiteren alternativen diagnostischen Einwegbehälter, der in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Analysators, der mit den Behältnissen aus den 1–4 zusammenwirkt, um einen Analyten in einer Probe zu bestimmen.
6 zeigt eine schematische Darstellung der Aktuatoren, die in Verbindung mit den Behältnissen aus den 1–4 verwendet werden können, um einen Analyten in einer Probe zu bestimmen.
Genaue Beschreibung
1 zeigt eine Aufsicht auf einen diagnostischen Einwegbehälter, der in einem Verfahren gemäß dem Anspruchsgegenstand der Erfindung verwendet werden kann, der im allgemeinen einen Beutel umfasst, der eine Probeneinlassöffnung 12, eine Mehrzahl von Kompartimenten 13, 22, 26, 28, 30 und 32 sowie einen Durchgang 16, welcher die Einlassöffnung 12 mit dem Kompartiment 13 verbindet, und die Portale 24, 34, 36, 38 und 40 aufweist, welche die verschiedenen Kompartimente untereinander verbinden.
Behältnis 10 ist ein relativ flacher, laminierter Plastikbeutel, der etwa 8.5 cm mal etwa 19 cm misst und etwa 1 mm dick ist, in dem die Kompartimente, die Einlassöffnung, der Durchgang und die Portale sämtlich durch Heißversiegelung definiert sind. Die Art und die Ausmaße des Behältnisses, die Anordnung der Kompartimente und Zwischenverbindungen sowie der Inhalt der Kompartimente variieren natürlich von Ausführungsform zu Ausführungsform, und Fachleute werden erkennen, dass das Behältnis aus 1 nur exemplarisch für eine enorme Zahl möglicher solcher Behältnisse steht.
Die Größe des Behältnisses hängt zum Beispiel stark vom Volumen der zu enthaltenden Reaktanten ab, obwohl vorgesehen ist, dass zweckmäßige Behältnisse üblicherweise bemessen sind, um ein Volumen im Bereich zwischen 50 μl und etwa 5 ml zu definieren. Geeignete Behältnisse können verschiedene Formen aufweisen, solange die Form den Kontakt von zumindest einer Seite des Behältnisses mit einer Mehrzahl von Aktuatoren ermöglicht. Bevorzugte Formen sind flache umschlagähnliche Formen, aber schachtelähnliche, runde, halbkugelförmige oder sogar kugelförmige Gestalten sind ebenfalls vorgesehen.
Die einander gegenüberliegende obere und untere Folien, die das Behältnis 10 ausbilden, können vorteilhaft aus einem thermoplastischen Material einschließlich Polypropylen, Polyester, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Polyurethan bestehen. Es ist vorgesehen, dass solche Folien eine relativ gleichmäßige Dicke zwischen etwa 0,05 mm und etwa 2 mm aufweisen. Die gegenüberliegenden Folien müssen nicht aus dem gleichen Material hergestellt sein. Zum Beispiel kann eine Folie eine reflektierende Folie umfassen, und die andere Folie kann einen transparenten oder lichtdurchlässigen Kunststoff umfassen. Die Verwendung von Folie kann helfen, die Temperaturstabilität zu fördern, und kann als zusätzliche Feuchtigkeits- und Sauerstoffbarriere dienen. Folie kann ferner die Wärmeübertragung von einer Wärmequelle zu einer Probe oder einem Reagenz erhöhen.
Bevorzugte Behältnisse sind flexibel, entweder als Ganzes oder zum Teil. Die hier charakterisierte Flexibilität ist die Fähigkeit, durch temporäre Gestaltveränderung ohne Schädigung der Struktur oder des Materials eine angemessene Kraft zu erzeugen. Eine angemessene Kraft, wie hier verwendet, ist ein Druck, typischerweise geringer als 5 lb/in². Zum Beispiel ist ein bevorzugtes flaches umschlagähnliches Behältnis ausreichend flexibel, um ohne Brechen oder Reißen des Behältnisses um einen zylindrischen Gegenstand mit einem Durchmesser von 1 Inch gewickelt zu werden. In einem anderen Beispiel kann ein Teil eines Behältnisses vorteilhaft ausreichend flexibel sein, um das in jenem Teil aufgenommene Volumen ohne Reißen der Außenwände zu verdrängen. Das Behältnis kann ferner eine Mehrzahl von Öffnungen aufweisen. Die Zahl an Öffnungen kann beträchtlich zwischen zumindest einer Öffnung und zwanzig Öffnungen oder mehr variieren. Derartige Öffnungen können Verschlussmechanismen aufweisen, verschließbar oder permanent offen sein. Weiterhin können einige der Öffnungen miteinander in Flüssigkeitskontakt stehen oder können als eine Entlüftung oder ein Überlauf verwendet werden. Das Behältnis ist ferner durch eine Mehrzahl von Kompartimenten gekennzeichnet.
Das Behältnis 10 weist ferner Halterungslöcher 42 auf zur Befestigung an Ausrichtungsstangen in einem Analysator 400. Alternative Halterungsvorrichtungen oder -verfahren sind ebenso möglich, einschließlich Haken, Schleifen oder anderen Befestigungsanbauten, die an geeigneten Stellen an das Behältnis 10 gekoppelt sind. Es ist ferner möglich, dass das Behältnis 10 frei von Befestigungsanbauten ist.
Eine oder mehr Etiketten (nicht gezeigt) können ebenfalls am Behältnis 10 angebracht sein. Etiketten können Identifikationskennzeichen, Information betreffend den Typ des durchzuführenden diagnostischen Tests sowie Patienteninformationen, Testergebnisdaten oder andere Informationen anzeigen. Das (die) Etikett (en) können optional entfernbar sein und können zum Beispiel vom Behältnis 10 entfernt werden, um in eine Patientenakte gegeben zu werden, wodurch das Erfordernis zum Datentransfer mit der gegebenen Fehlermöglichkeit eliminiert wird.
Die Einlassöffnung 12 dient als Eintrittspunkt zur Aufnahme von Proben oder anderer Materialien. Viele Konfigurationen sind vorgesehen, obwohl es bevorzugt ist, dass der Eintrittspunkt irgendeine Art eines üblichen Verbindungsmechanismus verwendet. Zum Beispiel ist der Eintrittspunkt 12 in 1 ein weiblicher Teil eines Luer-Schließmechanismus. Alternative Einlassöffnungen können entweder einfacher oder komplexer sein und können eine Füllung enthalten, die mit einer Nadel punktiert oder durchstochen werden kann.
Mögliche Eintrittspunkte können auch an anderer Stelle auf einem Behältnis angeordnet sein als in 1 dargestellt. Zum Beispiel kann ein geeigneter Eintrittspunkt für ein festes Material als ein einfacher Schlitz in einer der Folien ausgebildet sein, welche die Oberseite oder die Unterseite des Behältnisses bilden. Ein derartiger Eintrittspunkt kann zur Aufnahme eines relativ festen Stücks, wie zum Beispiel eine Gewebe- oder Mineralprobe, gut geeignet sein und kann durch einen Klapp- oder Klebemechanismus verschlossen werden.
Die Kompartimente 13, 22, 26, 28, 30 und 32 sind Teile des Behältnisses 10, die zumindest während einiger Zeit mit den anderen Teilen des Behältnisses nicht in Fluidkommunikation stehen. Im allgemeinen sind die Kompartimente voneinander unter Verwendung von zumindest einem durchgängigen Element getrennt, welches zumindest eine Wand des Behältnisses kontaktiert. Falls das Behältnis zum Beispiel ein Zylinder ist, könnte das durchgängige Element eine Trennwand sein, die mehr oder weniger senkrecht zur Längsachse des Zylinders ist und den inneren Umfang des Zylinders kontaktiert. Wenn das Behältnis eine flache Tasche ist, kann das durchgängige Element vorteilhaft eine Hitzeversiegelung zwischen den gegenüberliegenden Seiten umfassen, in einer Form, die einen definierten Raum einschließt.
Das Volumen der bevorzugten Kompartimente kann günstigerweise zwischen etwa 3% und ungefähr 90% des Gesamtvolumens des Behältnisses variieren. Solche Kompartimente können mit einer Probe, einem Reagenz oder mit Luft gefüllt sein, aber das Kompartiment kann auch im wesentlichen kein Hohlraumvolumen haben. Beispielsweise kann Kompartiment 22 konzipiert sein, um etwa 1 ml eines Bindungsreaktanten zu enthalten, und das Waschkompartiment 28 kann konzipiert sein, um bis zu etwa 5 ml eines Lösungsmittels zu enthalten.
Zumindest einige der Kompartimente können vorteilhaft einen transparenten Teil umfassen, durch den ein Signal detektiert werden kann oder der Reaktionsfortgang überwacht werden kann. Unter solchen Umständen kann es ferner vorteilhaft sein, wenn die gegenüberliegende Oberfläche eine reflektierende Oberfläche aufweist, um die Signaldetektion zu verbessern. Kompartimente können weiterhin abgeschirmt sein, zum Beispiel gegen Hitze, Licht oder andere Strahlung.
Die Kompartimente können eine oder mehr Öffnungen aufweisen, wie zum Beispiel an den Portalen 34, 36, 38 und 40. Derartige Öffnungen können in permanenter Flüssigkeitskommunikation mit dem Rest des Behältnisses stehen, zum Beispiel durch eine unvollständige Wand, die das Kompartiment umgibt. Öffnungen können auch vorübergehend geschlossen werden. In einem in der Erfindung verwendeten Behältnis bildet ein zerbrechlicher Verschluss die Öffnung, die ein Kompartiment vom Rest des Behältnisses trennt, bis eine Öffnungskraft den Verschluss zerbricht. Typischerweise ist der zerbrechliche Verschluss ein Winkelknickpunkt (Chevron break point), der es einem Fluid erlaubt, unter etwa 5–15 psi zu passieren. In einem anderen Beispiel umfasst die Öffnung ein Einwegeventil, das nur einen unidirektionalen Materialfluss erlaubt, wenn zwischen den Enden des Ventils ein Druckunterschied angelegt ist. In noch einem weiteren Beispiel kann die Öffnung durch eine Schließkraft vorübergehend geschlossen werden. Typischerweise wird die Schließkraft über ein Kompressionspad von außerhalb des Behältnisses abgegeben, was eine temporäre physische Trennung des Kompartiments vom Rest des Behältnisses bewirkt.
Der Durchgang 16 und die Portale 34, 36, 38 und 40 dienen zur Fluidverbindung verschiedener Kompartimente und anderer Räume innerhalb des Behältnisses und mit der äußeren Umgebung. Die Bezeichnung "Fluidverbindung" umfasst speziell die Bewegung einer beliebigen zu einem Fluid formbaren Zusammensetzung, egal ob eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein verflüssigter Feststoff. In vielen Fällen ist es vorgesehen, das Fluid nur in einer einzigen Richtung zu bewegen, aber unter andern Umständen kann es vorteilhaft sein, zumindest einen Teil des Fluids sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung zu bewegen.
In manchen Fällen können Kompartimente oder andere Räume für eine Zeitspanne durch eine Barriere getrennt werden, und es ist beabsichtigt, dass die Barriere an einem Punkt durchbrochen wird. Unter solchen Umständen werden die Kompartimente oder anderen Räume als "flüssig verbindbar" betrachtet.
2 stellt eine alternative Konfiguration dar, in der ein Behältnis 100 einen Einlassschlitz 12A anstelle einer Eingangsöffnung aufweist. Der Schlitz 12A ist vorzugsweise verschließbar, sodass eine im Behältnis 100 platzierte flüssige Probe nicht ausläuft. Der Einlassschlitz 12A kann vorteilhaft in einem Plastik- oder anderen Ring 15 lokalisiert sein. Der Ring 15 kann am Behältnis 100 angebracht sein und mit einer anheftbaren Abdeckung (nicht gezeigt) ausgerüstet, sodass eine beliebige in den Einlassschlitz 12A eingebrachte Flüssigkeit nicht aus dem Behältnis ausläuft.
3 stellt eine alternative Konfiguration dar, in der ein Behältnis 200 ein Überlaufkompartiment umfasst, das mit Kompartiment 18 flüssig verbunden oder flüssig verbindbar ist. Kompartiment 18 enthält ferner eine volumetrische Zone 14, die von außen unterteilbar ist, um ein bestimmtes, in einem diagnostischen Test zu verwendendes Volumen zu definieren. Beträgt, beispielsweise angenommen das festgelegte Volumen etwa 100 μl, kann der fluidaufnehmende Anteil 18 ein Eingabevolumen aufnehmen, das größer als 100 μl ist, wie zum Beispiel 150 μl. In diesem Fall kann die volumetrische Zone 14 nach Aufnahme der 150 μl Probe von außen unterteilt werden, sodass das vorgegebene Volumen, etwa 100 μl, definiert ist und im Anschluss für den diagnostischen Test verwendet wird, wobei das überschüssige Volumen, etwa 50 μl, in den Überlaufanteil 20 bewegt wird. Das in den Überlaufanteil bewegte überschüssige Volumen würde im diagnostischen Test nicht verwendet werden, da üblicherweise nur das festgelegte Volumen der Probe verwendet wird, um den Test durchzuführen. Diese von außen unterteilbare volumetrische Zone 14 stellt ein Mittel zur quantitativen Analyse einer Probe bereit.
Die Unterteilung der volumetrischen Zone 14 involviert üblicherweise zwei Schritte. Der erste Schritt schließt die Verwendung zumindest eines beweglichen Objekts ein, wie zum Beispiel ein Kompressionspad, um Druck an all die Bereiche um die Region anzulegen, welche das festgelegte Volumen definiert, mit Ausnahme des Bereichs, der eine Fluidverbindung zum Überlaufanteil 20 bereitstellt. Dies umgibt partiell die Region, welche das festgelegte Volumen definiert, während es einem überschüssigen Volumen möglich ist, sich in den Überlaufanteil 20 zu bewegen. Der zweite Schritt schließt die Verwendung zumindest eines beweglichen Objekts ein, wie zum Beispiel einer Teilungskante, um das überschüssige Volumen von dem festgelegten Volumen zu trennen. Dies umgibt die Region, die das festgelegte Volumen definiert, vollständig. Ein Kompressionspad und eine Teilungskante können aus einem beliebigen Material hergestellt sein, vorausgesetzt das festgelegte Volumen kann definiert werden. Es sei angemerkt, dass die Positionierung der beweglichen Objekte angepasst werden kann, sodass der angelegte Druck jedes bestimmte Volumen als festgelegtes Volumen definieren kann.
4 stellt eine alternative Konfiguration dar, in der ein Behältnis 300 zusätzliche Kompartimente 102, 104, 106 und 108 aufweist. Das in 4 dargestellte Überlaufkompartiment 20 hat die gleiche Konfiguration wie in 3 dargestellt, sobald ein Verschluss entlang der Referenzlinie B---B angeordnet ist. In dieser Ausführungsform weisen die Kompartimente Teile auf, die ein Reagenzkompartiment 22, ein Reaktionskompartiment 26, ein Substratkompartiment 30 bzw. ein Waschkompartiment 28 umfassen. Sobald ein Verschluss entlang B---B angeordnet ist, können diese Kompartimentteile das in 3 dargestellte Reagenzkompartiment 22, das Reaktionskompartiment 26, das Substratkompartiment 30 und das Waschkompartiment 28 werden. Zusätzlich weisen die Kompartimente 102, 104, 106 und 108 abnehmbare Zuführabschnitte 110, 112, 114 bzw. 116 auf. Ferner weisen die Kompartimente 102, 104, 106 und 108 Fluideingabeöffnungen 118, 120, 122 bzw. 124 auf. Folglich weist Kompartiment 102 einen Abschnitt auf, der dem Bindungsreagenzkompartiment 22 entspricht, einen abnehmbaren Zuführabschnitt 110 und eine Fluideingabeöffnung 118; Kompartiment 104 weist einen Abschnitt auf, der dem Reaktionskompartiment 26 entspricht, einen abnehmbaren Zuführabschnitt 112 und eine Fluideingabeöffnung 120 usw.
Das Behältnis 300 kann wie folgt hergestellt werden. Bezugnehmend auf 4 wird ein geeignetes Fluid durch die Fluideingabeöffnung eines jeden Behältnisses in den abnehmbaren Zuführabschnitt eingebracht. In einem Immunoassay kann zum Beispiel ein Fluid, das mindestens ein Mitglied eines Bindungspaares enthält, in den abnehmbaren Zuführabschnitt 110 des Kompartiments 102 eingebracht werden; ein Fluid, das festes Material enthält, kann in den abnehmbaren Zuführabschnitt 112 des Kompartiments 104 eingebracht werden; ein Fluid, das ein Substrat enthält, kann in den abnehmbaren Zuführabschnitt 114 des Kompartiments 106 eingebracht werden; und eine Waschlösung kann in den abnehmbaren Zuführabschnitt 116 des Kompartiments 108 eingebracht werden. Nach Einbringen des entsprechenden Fluids in jeden abnehmbaren Abschnitt kann die Eingangsöffnung eines jeden Kompartiments verschlossen werden, sodass das eingebrachte Fluid innerhalb des Kompartiments verbleibt. Dies kann durch Hitzeversiegelung entlang der Referenzlinie A---A erreicht werden. Um zu helfen, die in jedes Kompartiment eingeführten Blasen zu minimieren, kann jedes Fluid proximal zum Kompartimentabschnitt eines jeden Kompartiments positioniert werden, bevor die Fluideingabeöffnungen verschlossen werden. Um dies zu erreichen, kann das Behältnis so positioniert werden, dass die Schwerkraft jedes Fluid zu jedem Kompartimentabschnitt treibt.
Nach Verschließen der Fluideingabeöffnungen kann zumindest ein Teil jedes Fluids vom abnehmbaren Zuführabschnitt jedes Kompartiments zum Kompartimetabschnitt jedes Kompartiments bewegt werden. Um zu helfen, die in jedes Kompartiment eingeführten Blasen zu minimieren, kann wiederum jedes Fluid proximal zum Kompartimentabschnitt eines jeden Kompartiments positioniert werden, bevor die Fluids bewegt werden. Jedes Verfahren kann verwendet werden, um die Fluids vom Zuführabschnitt zum Kompartimentabschnitt zu bewegen. Beispielsweise können Gravitation und/oder Druck verwendet werden, um das Fluid in den Kompartimentabschnitt eines jeden Kompartiments zu bewegen. Sobald zumindest ein Teil des Fluids in den Kompartimentabschnitt eines Kompartiments bewegt wurde, kann dieser Abschnitt vom Zuführabschnitt eines jeden Kompartiments verschlossen werden, sodass das Fluid im Kompartimentabschnitt innerhalb des Kompartimentabschnitts verbleibt. Zum Beispiel kann der Verschluss entlang der Referenzlinien B---B angeordnet sein. Der Zuführabschnitt eines jeden Kompartiments kann im Anschluss durch jedwedes geeignete Mittel vom Container abgenommen werden, zum Beispiel durch Abschneiden entlang der Referenzlinie B---B. In diesem Fall führt das Abnehmen des Zuführabschnitts jedes Kompartiments zu einer diagnostischen Vorrichtung wie in 3 dargestellt.
In 5 umfasst ein Analysator 400 allgemein einen Hauptteil 410, der eine Zone zur Behälteraufnahme 412 mit Ausrichtungsstäben 414, einer Tür 420, multiplen Aktuatoren 430, einem Detektor 440, einem Printer 450 und einem Anschluss 460 aufweist. Der Analysator 400 ist mit einem exemplarischen Werkstückbehälter 200 dargestellt.
Der Hauptteil 410 beherbergt im wesentlichen die gesamte Elektronik und die zur Komplettierung der vorgesehenen Tests benötigte andere Schaltungstechnik. Natürlich kann der Hauptteil 410 unter Verwendung jeder geeigneten Form und Ausmaße konzipiert sein und kann aus Kunststoff, Metall oder beliebigen anderen Materialien hergestellt sein.
Die Aufnahmezone 412 wirkt mit der Tür 420 zusammen, um während des vorgesehenen Tests das Behältnis 10 aufzunehmen. In alternativen Ausführungsformen ist überhaupt keine Tür erforderlich, und das Behältnis kann stattdessen in einen Einschubschlitz eingebracht werden. Die Ausrichtungsstäbe 414 können in jeder geeigneten Weise konfiguriert sein und können insgesamt entfernt werden.
Die Aktuator-Gruppe 412 wird verwendet, um eine oder mehr Kräfte zum Behältnis 10 zu bringen, mit dem Ziel, Material im Behältnis 10 zu beeinträchtigen. Beispiele für Aktuatoren, die einen Teil der Gruppe 412 ausbilden können, sind Kompressionspads, Rollbalken oder Räder. Vorgesehene Aktuatoren können auch eine oder mehr zusätzliche Funktionen besitzen einschließlich Heizen, Kühlen und Übertragen einer Magnetkraft. Zum Beispiel kann ein Aktuator ein Enzym hitze inaktivieren oder eine Reaktion auf eine gewünschte Temperatur erwärmen. In einem anderen Beispiel kann ein Aktuator verwendet werden, um einen Analyten durch Binden an die Oberfläche eines Magnetpartikels zu konzentrieren. Aktuatoren können ferner verwendet werden, um ein durch Fluids, Feststoffe oder Luft belegtes Volumen zu modifizieren. Die Fluids können zum Beispiel einen Puffer, eine Probe, ein Reaktionsgemisch, eine Reagenzlösung etc. umfassen. Die Feststoffe können paramagnetische Partikel umfassen, und die Gase können Stickstoff oder Argon als Schutzagens oder CO₂ als Nebenprodukt einer chemischen Reaktion umfassen.
Wenn ein Aktuator ein Kompressionspad umfasst, kann das Pad in einer entsprechenden Struktur aus jedem Material hergestellt sein, das zur Ausübung einer entsprechenden Kraft auf einen Teil eines Behältnisses geeignet ist. Typischerweise ist ein Kompressionspad eine im wesentlichen flache Oberfläche und weist eine Form auf, die der Form eines Kompartiments oder Durchgangs entspricht. Wenn ein Aktuator verwendet wird, um andererseits ein Abteil zu verschließen, kann eine Teilungskante bereitgestellt werden, vorzugsweise in Form eines Keils oder eines Kompressionspads mit einem Vorsprung.
Der Detektor 400 ist im wesentlichen ein oder eine beliebige Kombination von Signaldetektoren, die zur Detektion eines Signals verwendet werden, das durch Verwenden des Behältnisses erzeugt wird. Vorgesehene Signaldetektoren umfassen eine Photomultiplier-Röhre, eine Photodiode, und eine ladungsgekoppelte Vorrichtung. Gegebenenfalls kann der Detektor 440 in dem Analysator 400 aufgenommen werden.
Der Drucker 450 wird verwendet, um Informationen oder eine beliebige Kombination humaner oder maschinenlesbarer Formate zu drucken einschließlich Drucken auf einem Papieretikett oder -bogen. Gegebenenfalls kann der ein Drucker in dem Analysator 400 aufgenommen werden.
Der Anschluss 460 kann jeder Typ eines elektronischen oder anderen Mittels zum Austausch von Informationen mit einer anderen Vorrichtung sein. Ein typischer Anschluss ist ein üblicher RS232 (serieller) Datenanschluss.
Nicht gezeigt sind andere Optionen für den Analysator 400 einschließlich einem Scanner, der einen Strichcode oder andere hand- oder maschinengeschriebene, auf einem Etikett angegebene Informationen detektieren kann.
6 zeigt ferner ein Detail der Aktuator-Gruppe 412, die bezugnehmend auf 5 beschrieben ist, und mit dem Behältnis 200 aus 3 zusammenwirkt. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Aktuator-Gruppe 412 mit vielen verschiedenen Behältnissen außer der spezifischen Konfiguration von Behältnis 200 verwendet werden kann, und dass eine generische Aktuator-Gruppe mit einer sehr großen Zahl von Behältnissen und korrespondierenden Testprotokollen verwendet werden kann.
Bezugnehmend auf 6 weist der Aktuator 412 eine Reihe von Kompressionspads auf, welche den verschiedenen Kompartimenten einer diagnostischen Vorrichtung, zum Beispiel der in 3 dargestellten Vorrichtung 200, entsprechen. Jedes Kompressionspad kann dazu dienen, eine externe Kraft an eine bestimmte Region der Vorrichtung anzulegen, sodass das Fluid bewegt wird. Zum Beispiel kann ein Kompressionspad verwendet werden, um 5–50 psi Flüssigkeitsdruck an einen Winkelknickpunkt (chevron break point) innerhalb des Kompartiments anzulegen. In einem Behältnis, das in einem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird, entsprechen zwei Kompressionspads jedem Kompartiment, das einen Winkelknickpunkt aufweist. Ein Kompressionspad wird verwendet, um das Fluid zum Winkelknickpunkt zu bewegen, während das andere verwendet wird, um eine Kraft anzulegen, um das Fluid durch den Winkelknickpunkt zu bewegen. Zusätzlich wird das Kompressionspad proximal zu Winkelknickpunkt verwendet, um eine Fluidbewegung zwischen den Kompartimenten zu verhindern, falls erforderlich.
Bezugnehmend auf 6 weist der Aktuator 412 die Bindungsreagenzkompartiment-Kompressionspads V01, V03 auf. Die Kompression des Bindungsreagenzkompartiment-Kompressionspads V01, gefolgt von der Kompression des Bindungsreagenzkompartiment-Kompressionspads V03 kann ein Fluid innerhalb des Bindungsreagenzkompartiments 22 der Vorrichtung 200 veranlassen, durch den Winkelknickpunkt 24 von Vorrichtung 200 zu laufen. Zusätzlich kann das Bindungsreagenzkompartiment-Kompressionspad V03 dazu dienen, eine Fluidbewegung zwischen den Kompartimenten zu verhindern.
Der Aktuator 412 weist ferner die Kompressionspads der volumetrischen Zone V03, V04, V07, V10 auf. Die Kompressionspads der volumetrischen Zone V03, V04, V07 können dazu dienen, partiell einen Bereich zu umgeben, der ein festgelegtes Volumen der Probe definiert. Das Kompressionspad der volumetrischen Zone V10 kann dazu dienen, ein Fluid von einem Kompartiment zum anderen zu bewegen. Zusätzlich weist der Aktuator 412 eine Teilungskante V08 auf, die dazu dienen kann, ein festgelegtes Volumen zu definieren. Die Teilungskante V08 kann verhindern, dass sich Fluid zum Beispiel zwischen dem Abschnitt zur Fluidaufnahme 18 und dem Überlaufabschnitt 20 der Vorrichtung 200 bewegt.
Der Aktuator 412 weist ferner das Reaktionskompartiment-Kompressionspad V09 auf. Zusätzlich zur Fähigkeit, Fluid aus einem Reaktionskompartiment zu bewegen, kann das Reaktionskompartiment-Kompressionspad V09 rotieren, sodass die vom Permanentmagneten V15 erzeugte Magnetkraft ebenfalls rotiert. Eine bewegliche Magnetkraft kann verwendet werden, um paramagnetische Partikel innerhalb eines Reaktionskompartiments zu bewegen, sodass sich die Kinetik des Assays erhöht. Zusätzlich kann eine von einem Elektro- oder Permanentmagneten bereitgestellte magnetische Kraft verwendet werden, um paramagnetische Partikel an einem bestimmten Ort zu halten.
Zusätzlich weist der Aktuator 412 die Substratkompartiment-Kompressionspads V06, V11, die Waschkompartiment-Kompressionspads V05, V12 und eine Abfallaufnahmekompartiment-Teilungskante V02 auf. Diese Kompressionspads können verwendet werden, um Fluid zu bewegen, während die Abfallaufnahmekompartiment-Teilungskante V02 verwendet werden kann, um eine Fluidbewegung zum Beispiel zwischen dem Reaktionskompartiment 26 und dem Abfallaufnahmekompartiment 32 der Vorrichtung 200 zu verhindern.
Eine Analysatorvorrichtung kann einen beliebigen Typus Signaltransduktionsmechanismus aufweisen einschließlich und ohne Einschränkung eine Photomultiplier-Röhre, eine Photodiode oder eine ladungsgekoppelte Vorrichtung. Bezugnehmend auf 5 weist die Analysatorvorrichtung 400 eine Photomultiplier-Röhre 414 auf. Zusätzlich kann der Verschluss 416 verwendet werden, um die Photomultiplier-Röhre zu schützen.
Der Analysator kann programmierbar sein, sodass die Kompressionspads und Teilungskanten eine bestimmte externe Kraft zu bestimmten Zeiten während des diagnostischen Tests anlegen. Zusätzlich kann die Analysatorvorrichtung ein Ausrichtmittel (zum Beispiel eine Mehrzahl von Stiften) zur Positionierung der diagnostischen Vorrichtung aufweisen. Ferner kann der Analysator Drucksensoren auf jeder Seite eines jeden Kompressionspads und jeder Teilungskante aufweisen. Diese Sensoren können verwendet werden, um das Ausmaß des angelegten Drucks zu bestimmen und zu regulieren. Weiterhin können diese Sensoren verwendet werden, um zu bestimmen, ob jedes Kompressionspad und jede Teilungskante während des Betriebs richtig funktioniert.
Die folgenden Verfahren sind Beispiele für Operationen während eines Tests. Diese Verfahren beinhalten die Verwendung von Vorrichtung 200 unter Bezugnahme auf die in 6 dargestellten Aktuatorkomponenten. Die Zahl Null (0) bedeutet "aus" oder keine externe Kraft angelegt, und die Zahl Eins (1) bedeutet "an" oder externe Kraft angelegt.
Verwendungsverfahren
Im allgemeinen wird eine Probe unter Druck in die Einlassöffnung 12 gelegt und läuft in das Probenkompartiment 13. Überschüssige Probe außerhalb der Kapazität des Kompartiments 13 quillt über in ein Überlaufkompartiment 20, das dazu dient, die Menge der Probe in Kompartiment 13 zu aliquotieren. Ein erster Reaktant aus Kompartiment 22 wird zur Probe gegeben, und nach geeigneter Inkubation wird die Probe zum Reaktionskompartiment 26 geleitet. Die Reaktionskammer 26 kann zusätzliche Reaktanten enthalten, und noch weitere Reaktanten können vom Substrat- oder anderen Reaktantenkompartiment 30 zugegeben werden. An einem oder mehr Punkten im Verfahrensablauf kann die Probe mit einem Waschfluid aus dem Waschkompartiment 28 gewaschen werden. Abfallmaterial wird in das Abfallkompartiment 32 gedrängt. Während dieser Prozesse laufen verschiedene Reaktionen hinsichtlich eines Analyten in der Probe ab, und eine Farbe oder ein anderes detektierbares Signal wird erzeugt, das mit der Menge oder Existenz des Analyten korrespondiert. Das Signal wird durch eine der Seitenwände von Kompartiment 26 "gelesen".
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "Probe" auf jedes feste, flüssige oder gasförmige Material, das zumindest einen Teil enthält, der auf einen Analyten getestet werden kann. Vorgesehene feste Proben umfassen organische Materialien, anorganische Materialien oder ein Gemisch aus organischen Materialien und anorganischen Materialien.
Vorgesehene organische Materialien umfassen Makromoleküle und Verbände von Makromolekülen, Zellen und Gewebe. Vorgesehene anorganische Materialien umfassen Salze, Komplexe und Gemische davon, zum Beispiel Mineralsalze und Mineralzusammensetzungen. Flüssige Proben umfassen vorzugsweise Wasser und chemisch homogene Flüssigkeiten, können aber ebenfalls Mischungen verschiedener Flüssigkeiten mit anderen Flüssigkeiten oder Komponenten, beispielsweise Wasser, Petroleum oder Kaffee, umfassen. Besonders vorgesehen sind hier Flüssigkeiten, die komplexe Gemische aus einer flüssigen Phase und gelösten oder ungelösten Feststoffen aufweisen. Beispiele sind Körperflüssigkeiten, Abwasser, Getränke usw. Gasförmige Proben können relativ reine Gase umfassen, aber auch komplexe Gemische relativ reiner Gase mit anderen Gasen oder Dämpfen. Beispiele sind Raumluft oder Luft mit verschiedenen organischen Verunreinigungen einschließlich NO₂, CO, Benzen usw.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "Analyt" auf jede Komponente in einer Probe, der analysiert wird. Analyten sind im allgemeinen zumindest teilweise in einem Lösungsmittel löslich oder zumindest in einem Fluid mischbar. Analyten können organisch, organometallisch, anorganisch oder jede vernünftige Kombination davon sein. Vorgesehene organische Verbindungen reichen von komplexen Verbindungen zu sehr einfachen Verbindungen. Analyten von Interesse umfassen zum Beispiel Proteine, Wachstumsfaktoren, Hormone, Transmitter, Enzyme, Gerinnungsfaktoren, IGF-1, Bakterien, Viren, Hefe, Acetylcholin, Koffein, Benz(a)pyren und Dioxin, Arzneimittel, Calmodulin und Pb-Tetraethyl, Alkalimetall- und Erdalkalimetallionen, wie zum Beispiel K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, sowie Salze.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "Reaktant" auf jede Zusammensetzung, die mit einer Komponente einer Probe oder einem anderen Reaktanten bei der Durchführung einer Bestimmung reagieren kann. Dies umfasst Bindungsreagenzien, Festphasen, Lösungsmittel, Waschzusammensetzungen, Signalgeneratoren usw. Im allgemeinen kann praktisch jeder Reaktant, der in einem Test an der Laborbank verwendet werden kann, auch im Zusammenhang mit den hier vorgesehenen Behältnissen und Vorrichtungen verwendet werden. Reaktanten können getrennt oder in Kombination in den verschiedenen Kompartimenten enthalten sein, wie für ein gegebenes Testprotokoll angemessen.
Eine speziell vorgesehene Klasse von Reaktanten umfasst Testreagenzien. Zum Beispiel kann das Reaktantenkompartiment 22 eine Flüssigkeit enthalten, die zumindest ein Mitglied eines Bindungspaars umfasst. Ein Mitglied eines Bindungspaars kann jedes Molekül sein, das spezifisch ein anderes Molekül bindet, um ein Bindungspaar auszubilden, einschließlich einem Antikörper oder einem Antigen, das diesen Antikörper spezifisch bindet. Andere vorgesehene Mitglieder eines Bindungspaars umfassen Antikörperfragmente, die eine spezifische Antigen-Bindungskapazität aufweisen, Rezeptoren und Liganden, sense und anti-sense Nukleinsäuren, Metallionen, chelatbildende Agenzien und Aptamere.
In vielen Tests enthalten die Reagenzkompartimente, wie zum Beispiel Kompartiment 22, mehr als einen Reaktanten für den durchzuführenden Test, und im Fall von Assays, die Bindung beinhalten, umfassen solche Reaktanten oft mehr als ein Mitglied eines Bindungspaars. Zum Beispiel kann das Reagenzkompartiment 22 vorteilhaft ein erstes Mitglied eines Bindungspaars und ein zweites Mitglied eines Bindungspaars enthalten, wobei jedes Spezifität für ein anderes Epitop auf einem zu detektierenden Analyten aufweist. Zusätzlich kann das erste Mitglied eines Bindungspaars mit einem Molekül konjugiert sein, das die Detektion eines Analyten erlaubt, und das zweite Mitglied eines Bindungspaars kann mit einem anderen Mitglied eines Bindungspaares konjugiert sein, sodass ein Komplex aus einem Analyten und multiplen Mitgliedern eines Bindungspaars detektiert werden kann. Zum Beispiel kann das Fluid im Reagenzkompartiment 22 zwei verschiedene Antikörper enthalten, die jeweils den in einer Probe vorhandenen Analyten X binden. Der erste Antikörper kann mit einem Enzym konjugiert sein, sodass das Ausmaß der enzymatischen Aktivität mit der Menge des Analyten X korreliert werden kann. Der zweite Antikörper kann mit Biotin konjugiert sein, sodass ein beliebiger Komplex, der den Analyten X und die Antikörper enthält, durch Streptavidin eingefangen werden kann. Es ist selbstverständlich, dass jede spezielle Kombination von Mitgliedern eines Bindungspaars verwendet werden kann, um einen bestimmten diagnostischen Test durchzuführen. In einer anderen Ausführungsform kann ein markiertes Antigen verwendet werden, zum Beispiel in kompetitiven Assays.
Eine andere vorgesehene Klasse von Reaktanten umfasst Markierungen, welche die Detektion des Analyten ermöglichen. Nochmals, praktisch jede Markierung, die in einem Labortest verwendet werden kann, kann auch in Verbindung mit den Lehren hierin verwendet werden. Markierungen können beispielsweise Acridiniumester, Isoluminolderivate, Fluorophore, Enzyme und jede Kombination davon umfassen, und Enzyme, wie zum Beispiel alkalische Phosphatase, Peroxidase, Xanthinoxidase und Glucoseoxidase können mit einem Mitglied eines Bindungspaars gekoppelt werden, um das Vorhandensein eines Analyten zu detektieren.
Eine weitere vorgesehene Klasse von Reaktanten umfasst Festphasen-Materialien einschließlich Polypropylen, Polyester, Polystyren, Polyurethan, Nylon, Styren, Glasfaser und Thermoplaste. Solche Festphasen können im wesentlichen auf die gleiche Art und Weise verwendet werden wie in üblichen Laborverfahren. In einigen Klassen von Tests kann zum Beispiel eine Festphase verwendet werden, um eine diagnostisch nützliche Verbindung, wie beispielsweise Streptavidin, zu binden. Von besonderem Interesse sind verschiedene Kügelchen oder andere Partikel, und insbesondere paramagnetische Partikel, die günstigerweise mit einem Bindungsmitglied beschichtet werden können, um eine Zielsubstanz zu binden. Im Anschluss können die paramagnetischen Partikel unter dem Einfluss einer Magnetkraft bewegt werden, um die gebundene Zielsubstanz vom Rest der Probe zu trennen. Eine besonders zweckmäßige Anwendung paramagnetischer Partikel umfasst die Trennung von Plasma aus Vollblut. In einem exemplarischen Verfahren kann Vollblut mit einem ersten Antikörper kombiniert werden, der eine hohe Spezifität für ein Oberflächenantigen roter Blutkörperchen aufweist, und anschließend mit paramagnetischen Partikeln kombiniert werden, an die ein zweiter Antikörper gebunden ist. Der zweite Antikörper bindet an den ersten Antikörper, und die roten Blutkörperchen können unter dem Einfluss eines magnetischen Feldes behutsam aus dem restlichen Plasma herausgezogen werden.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass eine Festphase von einem Kompartiment zu einem Anderen bewegt werden kann. Kügelchen können auf diese Weise bewegt werden, wie auch ein "Puck", der die Fluidströme innerhalb oder zwischen Kompartimenten ändert.
Reaktanten können ferner ein Lösungsmittel oder eine andere einfache Flüssigkeit umfassen. Die Flüssigkeit kann für viele Zwecke verwendet werden, einschließlich der Aufrechterhaltung der Stabilität eines Reaktanten oder um eine Substanz zu verflüssigen, die ansonsten in einem festen Zustand wäre, oder zur Verwendung als Waschlösung. Vorgesehene Flüssigkeiten für diese Zwecke umfassen Konservierungsstoffe, Detergenzien (zum Beispiel CHAPS, Tween-20, Triton X-100, Cholat und SDS), Proteine (zum Beispiel BSA), Saline, phosphat-gepufferte Saline, tris-gepufferte Saline, Wasser und kompatible wässrige organische Lösungsmittel.
Eine andere besonders vorgesehene Klasse von Reaktanten ist ein Filtermaterial. Alle bekannten Filtermaterialien sind vorgesehen, einschließlich Nitocellulose, Stahlwolle usw.
Eine sehr große Zahl von Testprotokollen kann entsprechend der hier dargelegten Prinzipien durchgeführt werden.
Zusätzlich zu den Tests, auf die hier Bezug genommen wird, können multiple Test mit einer einzelnen Probe durchgeführt werden, indem Teile der Probe in multiple Reaktionskammern aliquotiert werden, und zusätzliche Kompartimente hinzugefügt werden können, um zusätzliche Reagenzien aufzunehmen. Folglich sollten die Lehren hierin nicht dahingehend verstanden werden, die Anwendung auf irgendeinen bestimmten Assay oder ein Protokoll oder auf ein beliebiges spezielles Behältnis oder einen Detektor einzuschränken.
Beispiel - Diagnostischer Assay
Bezugnehmend auf 1 wählt ein Operator ein Behältnis 10 aus, das für einen entsprechenden Test angepasst ist, und bringt eine 100 μl Probe (Eichproben, Kontrollen oder Patientenproben) in die Eingangsöffnung 12 ein. Die Probe tritt unter Druck in das Kompartiment 13 ein.
Das Behältnis 10 wird im Anschluss in einen Analysator 400 eingebracht, und unter Verwendung verschiedener Aktuatoren übernimmt der Analysator 400 die Kontrolle über das Testprotokoll. Zunächst wird der Durchgang 16 verschlossen, vorzugsweise durch einen verschließenden Aktuator, der die gegenüberliegenden oberen und unteren Folien des Behältnisses 10 an geeigneten Stellen zusammenpresst. Im Anschluss wird Kompartiment 18 (ein)gedrückt, um ein spezifisches gewünschtes Volumen der Probe zu aliquotieren, wobei die überschüssige Probe in Kompartiment 20 geleitet wird. Die Verbindung zwischen den Kompartimenten 18 und 20 wird anschließend durch den Aktuator verschlossen.
Unter Verwendung eines anderen Aktuators werden 100 μl einer Antikörperlösung, die einen biotinylierten monoklonalen anti-PSA Antikörper und einen polyklonalen mit alkalischer Phosphatase markierten Antikörper enthält, von Kompartiment 22 in Kompartiment 14 geleitet. Nach Zugabe der Antikörperlösung wird die Probe 5 Minuten bei 37°C inkubiert.
Unter Verwendung eines anderen Aktuators wird die Probe in Kompartiment 26 geleitet, in dem 25 μl–100 μl einer homogenen Suspension streptavidin-beschichteter paramagnetischer Partikel gelagert sind. Unter Verwendung eines oder mehrerer Aktuatoren wird eine Schüttel- oder Vibrationsbewegung an die Probe weitergegeben, und es findet eine weitere Inkubation für ein Zeitintervall statt, wie zum Beispiel 2 Minuten bei 37°C.
Unter Verwendung anderer Aktuatoren wird etwa 1,0 ml Waschlösung aus dem Waschkompartiment 28 in Kompartiment 26 geleitet, um die Probe zu waschen. Eine weitere Inkubation wird ermöglicht, während der die paramagnetischen Partikel sedimentieren. Die Sedimentation kann unter Verwendung einer Magnetkraft eines Permanentmagneten gesteigert werden.
Unter Verwendung anderer Aktuatoren werden etwa 50 μl–100 μl eines chemiluminogenen Substrats (ImmuGlow) aus Kompartiment 30 in Kompartiment 26 zugegeben.
Unter Verwendung anderer Aktuatoren werden etwa 100 μl–300 μl Waschlösung aus Kompartiment 31 zur Probe in Kompartiment 26 zugegeben und mehrere Sekunden geschüttelt. Der Waschzyklus wird drei- bis viermal wiederholt.
Die Chemilumineszenz wird nach einem spezifischen Zeitintervall, zum Beispiel 15 Sekunden, nach Zugabe des Substrats gemessen. Die Bestimmung der Unbekannten wird unter Verwendung einer Standard Dosis-Wirkungs-Kurve errechnet. Abhängig vom Test können zusätzliche Messungen in Intervallen, zum Beispiel eine Minute oder länger, durchgeführt werden.
Somit wurden spezifische Ausführungsformen und Anwendungen der Verfahren zur Durchführung von Tests offenbart. Für den Fachmann sollte es jedoch offensichtlich sein, dass viel mehr Modifikationen außer den bereits beschriebenen möglich sind, ohne von den erfinderischen Konzepten hierin abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Untersuchen einer Probe auf einen Analyten, das umfasst: Bereitstellen eines Behältnisses (200), das eine Mehrzahl flexibler Kompartimente aufweist, einschließlich eines Kompartiments zur Probenaufnahme (18) und eines Kompartiments zur Signaldetektion (26), wobei zumindest eines der Kompartimente (22) ein Reagenz enthält, und zumindest eines der Kompartimente (18, 22, 26) einen zerbrechlichen Verschluss (24) aufweist; Aufnehmen der Probe in das Kompartiment zur Probenaufnahme (18); Inkontaktbringen einer Oberfläche des Behältnisses mit einer Vorrichtung (400), die eine Mehrzahl von Aktuatoren (412) aufweist, welche Kompressionspads (V01–V12) umfassen; Bewegen zumindest eines Teils der Probe zwischen dem Kompartiment zur Probenaufnahme (18) und dem Kompartiment zur Probendetektion (26) unter Verwendung der Mehrzahl von Aktuatoren (412); und Umsetzen der Probe mit dem Reagenz, um ein Signal zu erzeugen, das vom Vorhandensein des Analyten abhängt, dadurch gekennzeichnet dass: zwei Kompressionspads (V01–V12) einem jeden Kompartiment mit zerbrechlichen Verschluss (24) entsprechen, wobei die Gestalt der zwei Kompressionspads (V01–V12) der Gestalt des Kompartiments entspricht, und wobei das zum zerbrechlichen Verschluss (24) proximale Kompressionspad einen Teil des Kompartiments komprimiert, wodurch eine Bewegung von zumindest der Probe oder dem Reagenz zwischen zumindest zwei aus der Mehrzahl von Kompartimenten verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bewegens zumindest eines Teils der Probe das Aliquotieren der Probe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bewegens zumindest eines Teils der Probe das Verdünnen der Probe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bewegens zumindest eines Teils der Probe das Inkontaktbringen zumindest eines Teils der Probe mit einem Reagenz umfasst, welches eine im wesentliche selektive Bindung gegenüber dem Analyten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bewegens zumindest eines Teils der Probe das Inkontaktbringen zumindest eines Teils der Probe mit einem Reagenz umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Nukleinsäuren, Antikörpern, Antigenen, Festphasen, Substraten, Waschlösungen und Puffern besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bewegens zumindest eines Teils der Probe das Aliquotieren der Probe, das Inkontaktbringen zumindest eines Teils der Probe mit einem Reagenz, welches eine im wesentliche selektive Bindung gegenüber dem Analyten aufweist, und das Inkontaktbringen von zumindest einem Teil der Probe mit einem Reagenz umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus einer Festphase, einer Waschlösung und einem Substrat besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil der Probe reversibel zwischen dem Kompartiment zur Probenaufnahme und dem Kompartiment zur Probendetektion bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bereitstellen der Probe als ein Fluid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Behältnis eine flexible obere Folie aufweist, die mit einer flexiblen unteren Folie verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Reagenz aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Antikörper, Nukleinsäuren, Festphasensubstrat, Chromophor, Puffer und Verstärker besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, das ferner das Ausstatten der Vorrichtung mit einem Signaldetektor und Detektieren des Signals unter Verwendung des Signaldetektors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Detektieren des Signals unter Verwendung des Signaldetektors das Detektieren multipler Ereignisse umfasst, die mindestens durch eine Minute getrennt sind.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Detektieren des Signals in mehr als einem der Kompartimente durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Signaldetektor aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einer Photomultiplier-Röhre, einer Photodiode und einer ladungsgekoppelten Vorrichtung besteht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung unter Verwendung des Signals ein Ergebnis errechnet.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner das Ausstatten der Vorrichtung mit einem eingebauten Drucker und das Drucken einer das Ergebnis betreffenden Ausgabegröße umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner das Ausstatten der Vorrichtung mit einem elektronischen Anschluss zu einer externen Vorrichtung und das Senden einer das Ergebnis betreffenden Ausgabegröße durch den Anschluss umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, wobei das Kompartiment zur Probenaufnahme in Fluidkommunikation mit einem Überlaufkompartiment steht, um ein vorgegebenes Volumen der Probe bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Signal von der Konzentration des Analyten abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Umsetzens ferner das Waschen eines Komplexes umfasst, welcher zwischen dem Analyten und zumindest dem ersten Reagenz oder dem zweiten Reagenz gebildet wird.