FI124909B - Mekaaninen pesu- ja mittauslaite ja menetelmä analyysin suorittamiseksi - Google Patents

Description

MEKAANINEN PESU- JA MITTAUSLAITE JA MENETELMÄ ANALYYSIN SUORITTAMISEKSI

KEKSINNÖN ALUE

Keksintö koskee mekaanisesti toimivaa laitetta, jolla voidaan suorittaa analyyttisessä mittauskennossa pesu ja mittaus ilman, että kennoon pannaan tai siitä poistetaan nestettä. Keksintöä voidaan käyttää hyväksi kertakäyttöisenä analyyttisenä laitteena erityisesti sairaaloiden laboratorioissa ja lääkäreiden vastaanotolla.

KEKSINNÖN TAUSTA

Ihmisten ja eläinten tautien analysoinnissa, ja monissa muissakin laboratorioissa tehtävissä analyyseissä, pyritään siihen, että kukin yksittäinen analyysi voidaan tehdä erillisessä suljetussa mittauskennossa. Tällä tavoin vähennetään kontaminaatioriskejä eri näytteiden välillä (esim DNA analyysit) sekä parannetaan työntekijöiden turvallisuutta (mikrobiologiset näytteet, myrkyt). Mittauskennolla eli mittakennolla tarkoitetaan useimmiten suhteellisen pientä laitetta, johon johdetaan analysoitava näyte. Tämän jälkeen mittakennossa tapahtuu nesteiden ja reagoivien aineiden liikkeet ulkoisten pumppujen tai mittakennon sisäisten pumppujen avulla, tai kapillaari-, sentrifugaali-, sähköisten, tai magneettisten voimien avulla. Näiden toimenpiteiden jälkeen itse mittaus voi tapahtua mittauskennon sisällä tai mittaus tehdään mittakennon ulkopuolelta. Mittakennolta vaaditaan pientä kokoa sekä hyvää toimenpiteen toistettavuutta vaikka näytteet olisivat eri lähteistä ja ominaisuuksiltaan erilaisia. Esimerkiksi eri ihmisillä voi olla erilaiset ruumiin nesteiden viskositeetti- ja kapillaariominaisuudet, jotka haittaavat tai estävät nesteiden toistettavan käytön mittakennossa nesteitä liikuttavana voimana. Ulkoisten nestepumppujen (imu tai paine) haitta on niiden monimutkaisuudessa, koska pumppu pitää mekaanisesti yhdistää mittauskennoon. Tässä vaiheessa voi ilmetä myös kontaminaatioriskejä. Kennon sisäisten mikropumppujen haittana on niiden kalleus ja epäluotettavuus. Käytettäessä pieniä kanavia nesteiden siirrossa sitko- ja kapillaarivoimat ovat aina läsnä vaikka käytettäisiin esim. mikropumpuilla tai sentrifugaalivoimalla pakotettua nesteen siirtoa.

Maailmalla on meneillään useita projekteja, joiden päämääränä on saada aikaan mittakenno, joka suorittaa tietyn analyytin mittauksen näytteestä käyttäen hyväksi mittakennon sisällä olevia reagensseja. Nämä projektit perustuvat yleensä mikrofluidistiikan soveltamiseen. Kokemukset mikrofluidistiikasta osoittavat, että on hyvin vaikeaa valmistaa teollisesti täsmälleen samalla tavoin toimivia mittakennoja. Erityisesti pienet kanavat tuovat mikro- ja nanomaailman aiheuttamia kvalitatiivisesti makromaailmasta eroavia haittoja. Niitä on vaikea hallita, koska ne ovat monen eri parametrin, mm. pintajännityksen, kapillaarivoimien, viskositeetin, osmoottisen paineen, elektrolyyttikoostumuksen, lämpötilan ja/tai materiaalien muutosten yhteisvaikutusten seurausta. Liuosten kolligatiiviset ominaisuudet poikkeavat aina ideaalisista, erityisesti kun kyseessä ovat monimutkaiset biologiset näytteet.

Analyyttiset testit, jotka hyötyvät erityisen paljon suljettujen mittakennojen käytöstä ovat sellaisia, joissa laboratorion työntekijöillä on suuri infektioriski; esimerkiksi potentiaalisesti vaarallisten mikrobien tai virusten mittaus potilasnäytteistä. Näissä tapauksissa näytekennosta ei saisi poistua mitään materiaalia. Myös biologiset ja kemialliset myrkyt kuuluvat samaan luokkaan. Nukleiinihappoihin perustuvissa mittausmenetelmissä hyvin pienetkin ilmaan pääsevät mikro/nanopisarat voivat saastuttaa laboratorion ja saada aikaan satunnaisia vääriä tuloksia pitkiksi ajoiksi eteenpäin. Yleensä on pakko tehdä perusteellinen, äärimmäisen kallis, laboratorion puhdistus. Lääkärien vastaanotoilla tehtävät diagnostiset testit (ns. point of care, POC) eivät välttämättä kuulu erittäin vaarallisten testien luokkaan, mutta niissä mittakennojen käytöllä saavutetaan analyysin suorituksen yksinkertaisuus ja kouluttamattomat tekniset avustajat voivat siten tehdä mittauksen. Mittakennon pieni koko ei ole tällöin erityinen etu, koska sen täytyy olla helposti käsiteltävissä. Tämän keksinnön mukaisesti ei pyritä mittakennon erittäin pieneen kokoon. Tällöin voidaan välttää samalla mikro- ja nanomaailman tuomat haitat.

Tekniikan tasoltaan lähimpänä käsillä olevaa keksintöä ovat seuraavat patenttijulkaisut. US 2005186111A1 (2005, Wang Naishu et ai) kuvaa immunologista testikasettia jossa nesteen virtaus tapahtuu keskeytetysti. WO 2011003281 AI (2011, Alere Switzerland GMBH) kuvaa kahta astiaa jotka voidaan mekaanisesti asettaa sisäkkäin. US 2003180815 AI (2003, Rawson Keith et ai.) kuvaa lateraalivirtaukseen perustuvaa testiliuskaa jossa on reagenssisäiliö. US 5744096 A (1998; Jones Rold et ai.) and US 2011290669 AI (2011, Davis Graham et ai.) kuvaavat immunoanalyysikasetteja. Kaikissa näissä julkaisuissa puutteena on se että ne ovat teknisesti hyvin vaativia valmistaa ja siksi niiden edut mikrofluidistisiin mittakennoihin verrattuna ovat heikot. Ne eivät myöskään kuvaa tämän keksinnön mukaisia teknisiä piirteitä.

Edellä mainitut pesu- ja mittaustekniset sekä kontaminaatio-ongelmat vältetään käyttämällä suljettua kertakäyttöistä mittakennoa. Mittakenno on tehty tarpeeksi suureen kokoon niin, että se on helposti käsiteltävissä. Keksinnössä käytetään yksinkertaista, helposti teollisesti valmistettavaa mekaanista pumppua nesteiden siirtoon. Pumppu itsessään toimii samalla analyysin suorittamisen kannalta aktiivisena osana. Pumpun muodostaa kaksi osaa, joita voidaan kuvata männän ja sylinterin avulla. Pumppuliike saadaan aikaan painamalla mäntä sylinterin sisällä olevaan nestesäiliöön. Tähän liikkeeseen on yhdistetty tapahtumat, jotka vaaditaan analyysin suorittamiseen. Lopputuloksena voidaan mitata analyytin pitoisuus. Keksinnölle ominaiset piirteet on esitetty patenttivaatimusten tunnusmerkkiosassa.

KUVIEN SELITYS

Kuva 1. Kuva A on mittakenno sivulta ennen analyysin suorittamista. Kuva B esittää mittakennoa sivulta. Kuva C on mittakenno, kun näytteen mittaukseen vaadittavat toimenpiteet on suoritettu ja kuva D on sama sivulta. Numerointi tarkoittaa seuraavaa: 1, mittakennon osa (testiliuska). Se toimii männän tavoin ja voidaan painaa astian 2 (testiliuskan suojussäiliö) nestesäiliön (3) sisään; 4, säiliön suojaksi on asetettu nestettä imevä materiaali, joka voi painua männän 1 ulkoneman (suojussäiliön kannen) avustuksella suojussäiliön sisään kun mäntää 1 painetaan alaspäin. Mäntä 1 sisältää analyysin suorittamisessa tarvittavan aktiivisen pinnan (5). Näyte asetetaan pinnalle 5 näyteaukon 6 kautta. Nestesäiliö 3 voi sisältää yhden tai useamman, suosi tui m m asti ohuella kelmulla erotetun osaston, joka rikkoontuu kun mäntää 1 painetaan alaspäin. Männän alapää on muotoiltu siten, että työntyvä pesuneste suuntautuu pesemään pintaa 5. Mittausasennossa (C ja D) analyyttisesti aktiivinen osa (5) on näyteikkunan edessä siten että ikkunan kautta voidaan mitata analyytin väkevyys. Männän (1) sivussa on uloke ja ulkoisessa osassa (2) on ura, joka ohjaa männän vakaata liikettä (ei näy kuvassa). Kun mäntä on alhaalla mäntä voidaan lukita esimerkiksi siten että männässä on paksunnos, joka aiheuttaa männän ja sylinterin välisen kitkan lisääntymisen ja samalla myös nestesäiliö sulkeutuu. Kuva ei ota kantaa osien tarkkoihin mittasuhteisiin, joita voidaan muunnella analyytin ja mittausmenetelmän mukaan. Kuvassa ei ole piirretty valuma-aukkoja pinnan 5 yläpuolelle. Kuvassa 1, C ja D, nuoli 8 kuvaa valoa mitattavasta pinnasta esimerkiksi luminesoivan aineen virityksen jälkeen. Kuvissa A ja D osa 9, on tila johon pesuneste voi kertyä. Kuvassa A, käytetty pesuneste voi kertyä myös ylempään tilaan tai se voidaan imeyttää materiaaliin 4, jolloin (2) voidaan teknisesti toteuttaa helpommin. .

Kuva 2. Mittakenno, joka on tehty kahdesta sisäkkäin sopivasta lieriöstä. Mittakenno toimii samoin kuin Kuvan 1 mittakenno. Kuvassa A mittakennon on valmiusasennosssa näytteen asettamista varten. Kuvassa B mittakenno on valmiina mittaukseen. Kuvissa analyyttisesti aktiivinen pinta (5) voi olla ympäri koko lieriön. Aktiivinen pinta on suosi tui m m asti syvennyksessä, jolloin se ei hankaa ulomman putken pintaa. Kuvassa 2, aukosta (6) asetetaan näyte aktiiviselle pinnalle 5. Aukko on peitetty tulpalla joka otetaan pois näytteen asettamisen ajaksi. Tässä konstruktiossa näyte voidaan levittää kapillaarivoimilla lieriöiden väliseen tilaan. Männän ja sylinterin välinen välys on suosi tui m m asti 0,1-2,5 mm. Ylimäärä näytettä vuotaa reikien 9 kautta sisemmän lieriön (männän) sisään. Sisemmän lieriön alapää on suljettu mutta yläpäässä on ilmareikä (8) ja huokoisen imukykyisen materiaalin tulppa, joka estää nestettä vuotamasta ulos reiästä (8) jos mittakenno käännetään. Kuvan 2 rakenteessa nestesäiliö 3 on tiivistetty vahamaisella aineella sisemmän lieriön (1) alapäästä (kohdasta joka on merkitty numerolla 7). Kun mäntää 1 painetaan alaspäin, säiliön 3 neste alkaa virrata ylöspäin huuhtoen pintaa 5. Neste valuu reikien 9 kautta männän sisään. Kun mäntä on ala-asennossa suoritetaan analyytin mittaus.

Kuva 3. Kuvassa A mittakenno (poikkileikkaus on suorakulmiomainen kuten Kuvassa 1) on valmiusasennossa sivulta katsottuna. Kuvassa B mäntää on painettu alaspäin siten, että neste säiliöstä 3 pääsee virtaamaan ohuen kanavan kautta siten että se huuhtelee tehokkaasti analyyttisesti aktiivista pintaa (5). Kuvan 3 mukaisesti on ratkaistu nestesäiliön (3) tiiviys käyttämällä männän (1) alapäässä laajennusta ja tiivistävää materiaalia, kuten kumia tai muovia tarkalla sovituksella. Männän alapää asettuu tiiviisti nestesäiliön seinämiä vasten toisin kuin kuvissa 1 ja 2 olevissa konstruktioissa. Kuvassa B nesteen kulku säiliöstä 3 jätesäiliöön 8 on esitetty nuolilla. Tätä varten männässä on myös aukko (9). Männän alkuliike alaspäin valmiusasennosta saadaan mahdolliseksi joko sillä, että säiliössä on pieni määrä ilmaa tai ilmaa sisältävä joustava palje. Mahdollisten neste vuotojen ehkäisemiseksi kuvaan ei ole piirretty nestettä imevää materiaalia kuten kuvassa 1.

KEKSINNÖN TARKEMPI KUVAUS

Keksintö kuvaa mittakennon, jota voidaan käyttää analyysien suorittamiseen suljetussa mittakammiossa. Mittakenno muodostuu kahdesta osasta, ulko-osasta (säiliö tai sylinteriosa) ja sisäosasta (mäntä, testiliuska). Mäntä voidaan painaa sylinterin sisään kokonaan ja tällöin sylinteri ja mäntä muodostavat kokonaisuuden, josta ei vuoda nestettä ulos. Männän ala-asennossa mittakenno voidaan asettaa alttiiksi mittausprosessille. Mittakenno voidaan myös säilöä myöhempää mittausta varten tai lähettää mitattavaksi muualle. Kuvissa 1 -3 on esitetty saman periaatteen kolme erilaista toteutustapaa. Kuvissa on esitetty vain toimintaperiaate eivätkä kuvat ota kantaa mittakennon tarkkoihin mittoihin tai mittasuhteisiin. Keksinnälle on ominaista mäntä ja sylinteri, joiden keskinäistä vuorovaikutusta käytetään hyväksi mittausprosessin suorittamiseksi.

Mittakennon sisäosa (mäntäosa) voi olla normaalin analyyseissä käytettävän testiliuskan kaltainen, jollaisia käytetään yleisesti erilaisten pikatestien suorittamiseen. Esimerkiksi virtsan sokerimäärityksessä ja raskaustesteissä käytetään usein muoviliuskaa, jonka pinnalle on muodostettu rakenne, joka sisältää sopivat reagenssit merkkiaineiden toteamiseksi ja esimerkiksi värinmuutoksesta voidaan lukea analyytin määrä.

Tarkkuutta ja toistettavuutta vaativat analyysit tehdään usein muovin pinnalla, johon on adsorboitu tai kovalenttisesti kiinnitetty vasta-aine tai muu spesifiseen bioaffiniteettiin kykenevä aine, kuten DNA-koetin. Tässä keksinnössä kyseistä pintaa kutsutaan analyyttisesti aktiiviseksi pinnaksi. Tällaisissa vaativammissa ja tarkemmissa bioaffiniteettitesteissä kuitenkin analyyttisesti aktiivinen pinta on aikaansaatu astian pinnalle, kuten mikrotiitterilevyn kaivon pohjaan. Tällöin näyte ja tarvittavat reagenssit saatetaan astiaan ja ylimääräiset reagenssit pestään pois. Mittaus suoritetaan myös samassa astiassa sopivien liuosten läsnäollessa. Tällaisesta analyysistä voidaan pitää esimerkkinä DELFIA -tekniikkaa (Perkin-Elmer Wallac -tekniikka), jossa käytetään luminesoivia leimamolekyylejä, joita viritetään valolla. Luminoivia leimoja voidan virittää myös sähköisesti kuten CECL-tekniikka (Cathodic ElectroChemiLuminescence, kts. www.Labmaster.fi). Yleisesti tunnettu ELISA -menetelmä perustuu entsyymin käyttöön signaalin monistamisessa ja lopputuote mitataan fotometrisesti.Kaikissa näissä tekniikoissa käytetään yleensä astioita tai testiliuskoja kontaminaatioille alttiina olevissa olosuhteissa. Samoin mittaustapahtuma sisältää monia vaiheita ja useamman kuin yhden teknisen laitteen itse fysikaalisen mittauslaitteen (esimerkiksi fotometri, fluorometri, luminometri) lisäksi.

Kapillaareja ja erilaisia monimutkaisia mikroteknisiä osia sisältäviä kertakäyttöisiä laitteita on kehitelty pitkään. Niiden haittana on hyvin vaativa valmistusteknologia ja pienen koon tuottamat mittausvirheet. Käsillä olevassa keksinnössä havaittiin yllättäen että voidaan valmistaa myös yksinkertaisia kertakäyttöisiä suljettuja mittakennoja, joiden avulla voidaan ratkaista vaativia analyyttisiä ongelmia. Aikaisempaan tekniikkaan nähden, reaktioastian ja analyyttisesti aktiivisen pinnan osien roolia on vaihdettu. Keksinnön mukaisesti normaalisti testiliuskoissa olevia käsittelyä helpottavia, passiivisia osia käytetään hyväksi testin osavaiheiden suorittamiseksi: testiliuskaa käytetään normaalin analyyttisen käyttötarkoituksensa lisäksi nesteiden siirtoon. Testiliuskan suojusta käytetään samoin aktiivisena osana. Erillisten kalliiden pesulaitteiden sijasta käytetään hyväksi mekaanisesti aikaansaatua nesteen siirtoa luomalla ohut nesteen virtaustila, jolloin saadaan pesun tehokkuus korkeaksi ja/tai voidaan käyttää pieniä nestemääriä. Kun voidaan käyttää pieniä nestetilavuuksia, voidaan säästää kustannuksissa.

Keksinnön mukaisessa laitteessa männän muodostaa litteä levymäinen tai lieriömäinen osa (mittaliuska, stripsi, tai mäntä), johon on muodostettu analyyttisesti aktiivinen kohta. Tämä voi olla vasta-aine, joka on saatettu muoviliuskan pinnalle adsorboimalla, absorboimalla, tai kovalenttisesti. Analyyttisesti aktiivisen pinnan valmistamisen yksityiskohdat riippuvat siitä, millä fysikokemiallisella menetelmällä itse mittaus suoritetaan. Esimerkiksi muovilevylle tai sopivalle muulle materiaalille voidaan saattaa pisara vasta-aineliuosta, ja vasta-aineen annetaan tarttua materiaalin pintaan. Sitoutumaton vasta-aine pestään pois tietyn ajan kuluttua. Riippuen menetelmän yksityiskohdista, analyyttisesti aktiiviselle pinnalle voidaan saattaa myös muita reagensseja. Ns. sandwich -menetelmässä pinnalle voidaan saattaa myös toinen leimattu vasta-aine, jossa on luminoiva leima tai entsyymi. Nämä voidaan myös saattaa pinnalle näytteen asettamisen jälkeen. Jos kyseessä on leima-aineiden viritys valolla, ei mittaliuskalla tarvita mitään muuta osaa. Jos leima-aineet viritetään sähköisesti, mittaliuskan tulee sisällyttää anodi ja katodi ja niille johdotukset.

Analyyttisesti aktiivinen pinta voi olla peitetty myös suodattimella, joka poistaa näytteestä partikkeleita ja/tai, joka ohjaa näytteen tasaisesti pinnalle. Keksinnön mukaisesti mäntää painettaessa alas siten, että se työntää nestettä männän alapuolisesta säiliöstä (Kuvat 1-3), nesteen virtaus ohjautuu siten että se nostaa suodatinkalvon ylös pinnasta ja pitää sen pesunestesäiliössä ylhäällä.

Analysoitava näyte asetetaan mittaliuskan analyyttisesti aktiiviselle pinnalla sisältäen suodattimen tai ei. Mittaliuska on tällöin asetettu kennossa siten että näyte voidaan saattaa pienen reiän kautta pinnalle. Reikä avataan mieluiten vain näytteen asettamisen ajaksi; muuten se on suojattu tulpalla tai teipillä. Pipetoinnin jälkeen odotetaan tietty aika reaktion tapahtuessa pinnalla. Tämän jälkeen painetaan mäntää siten, että neste alkaa virrata nestesäiliöstä ylöspäin jolloin aktiivinen pinta peseytyy. Pesuneste on jatkuvasti tuoretta toisin kuin panospesussa, jossa pesuneste ainoastaan laimenee pesukertojen noustessa. Koska nestekerros on suhteellisen ohut (0,1-2,5 mm) nesteen aksiaalinen, männän liikkeen suuntainen, diffuusio on erittäin pientä. Pesun tehokkuutta voidaan säätää pesukerroksen paksuutta ja männän aksiaalista nopeutta muuttamalla. Nopeus vaikuttaa nesteen virtaukseen joko tekemällä sen laminaariseksi tai turbulentiksi. Keksinnön mukaisesti mittakennon erityinen etu on analyyttisesti aktiivisen pinnan erittäin tehokas peseytyminen verrattuna panospesuun, jossa pinnan päälle lisätään pesunestettä, joka imetään pois. Samoin keksinnön mukaisesti pesunesteen kulutus on erittäin pieni pesutulokseen verrattuna. Mäntä voidaan painaa alas manuaalisesti mutta on myös helppoa rakentaa muu mekaanisesti toimiva laite ja siihen ajoitusautomatiikka. Tällainen lisälaite voi sisältyä itse mittalaitteeseen, joka ilmoittaa mittaustuloksen.

Kun mäntä on saavuttanut ala-asennon, voidaan useissa tapauksissa heti suorittaa analyysin mittaus. Jos on kyseessä luminesenssin mittaus, analyyttisesti aktiivisen pinnan kohdalla pitää olla viritys- ja emissioaallonpituuksia läpäisevä ikkuna. Useimmiten on edullista tehdä koko mittakennon ulko-osa läpinäkyvästä aineesta esimerkiksi polystyreenistä. Ikkunamateriaali ja/tai koko ulkoinen osa voivat olla värillistä muovia, joka toimii myös suodattimena mitattavalle valolle. Valon mittauksen tehokkuutta voidaan lisätä heijastimilla ja peileillä mittakennossa ja/tai mittalaitteessa. Kuvan 2 sylinterimäisessä rakenteessa analyyttisesti aktiivinen osa voi olla kokonainen rengas männän ympärillä. Valoa mitattaessa tämä ei ole ongelma sillä valo voidaan ohjata heijastimien kautta mittausanturille. Radioaktiivisilla leimoilla voidaan käyttää rengasmaista ilmaisinta mittalaitteessa.

Kun keksintöä sovelletaan ELISA testeissä tai vastaavissa systeemeissä, joissa leima-aineena on entsyymi, voidaan käyttää liuossäiliössä kahta tai useampaan erillistä osastoa. Ensimmäisessä vaiheessa pestään analyyttinen pinta ja sitten se työnnetään entsyymin substraattiliuokseen, jossa annetaan värin kehittyä. Kammioiden välillä voi olla esimerkiksi ohut rikkoontuva kalvo.

Kuvissa 1 ja 2 esitettävät analyyttisesti aktiivisen pinnan tasomaiseksi. Pinta voi kuitenkin olla myös muodostunut uurteista, nystyröistä, tapeista jne., joilla aktiivista pinta-alaa voidaan nostaa. Erityisesti ELISA testeissä voi olla hyödyllistä käyttää analyyttisesti aktiivisena pintana lieriömäistä aukkoa. Esimerkiksi Kuvassa 1 A se olisi porattu horisontaalisesti kokonaan tai osittain mittaliuskan (männän) läpi. Tällöin näyte saatetaan saadun lieriön seinämälle. Tässä rakenteessa testiliuska sovittuu edullisimmin tarkasti nestesäilön tilaan. Testiliuskan sisällä on kanava, josta virtaa pesuneste ja substraattiliuos lieriömäisen reiän läpi jätesäiliöön. Loppuvaiheessa lieriö on täynnä substraattiliuosta. Entsyymiaktiivisuus mitataan lieriön läpi syntyneen värin perusteella.

Keksinnön mukaisen mittakennon olennainen ominaisuus on se, että se on yksinkertainen kokonaisuus, jonka käsittely on käyttäjälle turvallista vaikka mitattaisiin vaarallisia analyyttejä, kuten sairaiden ihmisten näytteitä. Lisäksi mittakenno on kestävä erilaisissa säilytysolosuhteissa. Mittakenno on edullisimmin pakattu tiiviisiin yksittäipakkauksiin. Näytteen asettamista varten tehty reikä on suljettuna. Näytteen asettamisen ajaksi näyteaukko avataan. Mahdollisten nestevuotojen estämiseksi mittakenno sisältää imukykyistä materiaalia, kuten muovia tai vanua, mikä estää liuosten vuotamista. Kun mittakenno on saatettu mitta-asentoon, mittaliuskan pää sulkee kennon. Mittakenno voidaan säilyttää pitkiä aikoja ilman että sen ominaisuudet muuttuvat.

Kuvan 1 kennossa on männän ja liuossäiliön välissä männän pään liikkeen avulla rikkoontuva kalvo. Kuvan 2 ratkaisussa vastaava kohta on saatu tiiviiksi vahamaisella aineella, joka rikkoontuu mäntää työnnettäessä alaspäin. Kuvassa 3 mäntä asettuu tiiviisti sylinteriin ja männän pää sulkee siten nestekanavat.

Mittakennon osien materiaalit voidaan valita laajoissa rajoissa. Materiaalien valinta riippuu spesifisestä käyttötarkoituksesta ja käytettävästä mittaustekniikasta. Yleensä polystyreeni ja muut läpinäkyvät muovit ovat käyttökelpoisia. Valmistuteknologioista soveltuvat muoviosien tekemisessä käytettävät menetelmät, kuten ruiskupuristus ja valu.

Kuten edellä on esitetty, keksinnön mittakenno soveltuu monenlaisiin analyyseihin ja monenlaisiin mittausmenetelmiin. Keksintöä kuvataan ei-rajoittavilla esimerkeillä. Katodisessa elektrokemiluminesenssissa rutiinisti käytettävää mittausliuskaa (Labmaster Oy, Turku, Suomi; www.Labmaster.fi) ja ELISA -menetelmässä polystyreeniliuskaa yhdessä erillisesti valmistetun ulko-osan kanssa. ESIMERKKI 1

Noin 3 mm paksuun polystyreeniliuskaan (mäntä) upotettiin johtavaksi tehty piipala 4x9 mm, joka oli oksidoitu n. 4 nm:n paksuudelta (www.Labmaster.fi). Testiliuska oli valmistettu siten, että sillä voidaan mitata ihmisen verestä C-reaktiivista proteiinia (CRP). Testiliuskassa piipinnan päällä oli suodatinmembraani, johon oli kuivattu terbium-kelaatilla leimattu sekundaarinen vasta-aine. Testiliuskaan järjestettiin sähköinen kontakti kupariteipillä (katodi) männän yläpään kautta. Anodina toimi lyhyt metallipiikki, joka oli työnnetty liuossäiliön pohjan läpi.

Liuossäiliö oli noin 1 ml ja se sisälsi liuoksen joka toimi sekä pesu- että mittauspuskurina. Ensimmäiset prototyypit valmistettiin spektrofotometrin kyveteistä, jotka olivat suunnilleen kuvat 1 suojusosan mukaisia. Reikä porattiin kyvetin sivuun (kuten 6, kuvassal). Testiliuskaan pää vinottiin n. 45 asteen kulmaan nestevirtauksen optimoimiseksi tapahtuvaksi piin pinnalle. Männän ja sylinterin välinen rako piipalan puolella oli noin 1,5 mm ja vastakkaisella puolella noin 0,1 mm. Mäntä painettiin alas käsin seuraten nesteen virtausta. Kun virtaus osui membraaniin, se irtosi piin pinnasta ja suuntatui nestevirran mukana ylöspäin. Mäntä painettiin ala-asentoon ja suoritettiin mittaus käyttäen käyttäen Labmaster Oy:n (Turku, Suomi) CECL instrumenttia ja aikaerotteista mittaustapaa. Mitattaessa tuntemattomia potilasnäytteitä ja CRP-standardiliuoksia saatiin virherajojen puitteissa samoja tuloksia kuin jos mittaliuskat olisi pesty huolellisesti useita kertoja panospesulla. ESIMERKKI 2

Esimerkin 1 koe tehtiin käyttäen testiliuskoja joihin anodi ja katodi oli integroitu samaan tasoon muoviliuskan pinnalle ja kummastakin kohtiosta oli saatettu sähköiset kontaktit liuskan yläpäähän. Laitteen toiminta ja tulokset olivat olennaisesti samanlaisia kuin Esimerkissä 1. ESIMERKKI 3

Kuvan 2 mukaisella laitteella testattiin ELISA reaktion toimivuutta. Männän 1 analyyttisesti aktiivinen alue pinnoitettiin CRP:tä pyydystävällä vasta-aineella ja saturoitiin albumiinilla kirjallisuudesta saatavilla standardimenetelmillä. Näyte ja alkaalisella fosfataasilla leimattu sekundaarinen vasta-aine sekoitettiin ja pipetoitiin aukon 6 kautta siten että liuosta alkoi mennä yli aukkojen (9) kautta. Kahdenkymmenen minuutin kuluttua mäntä työnnettiin noin 10 sekunnin kuluessa liuokseen 3, joka oli alkaalisen fosfataasin substraattia. Osa substraatista toimi siten pesuliuoksena. Viidentoista minuutin kuluttua muodostunut keltainen väri mitattiin fotometrillä suoraan muovisen mittakennon läpi. Koska väriaineen kerrospaksuus oli ohut ja toisaalta käytettävän fotometrin säteen ala oli pieni, tällä keinolla ei voitu mitata pieniä pitoisuuksia. Nämä puutteet ovat vältettävissä keinoin, jotka alan ammattimies voi järjestää ja mittakenno on siten käyttökelpinen myös ELISA-mittauksiin. ESIMERKKI 4

Kuva 3 esittää mittakennon konstruktion missä on ratkaistu nestesäiliön tiiviyteen liittyvä ongelma käyttämällä mittaliuskan (männän) alapäätä nesteenvirtausaukkojen tiivistyselementtinä. Kuvan 3 konstruktio ei ole sivulta katsoen symmetrinen vaan mäntä sijaitsee suojuksen etuosassa. Männän edessä on ohut suorakaiteen muotoinen kanava, joka on yhteydessä liuoksen pääsäiliöön. Mittauskammion edessä oleva ohut väritön nestekerros ei häiritse mittausta. Kuvan 3 konstruktiolla saadaan hyvä pesutulos ja mittauksen tarkkuus.

Claims (10)

1. Kemiallisissa ja biokemiallisissa analyyseissä käytetty kahdesta liikkuvasta osasta koostuva mittakenno, tunnettu siitä, että: i) mittakenno sisältää kaksi osaa (1 ja 2, Kuvat 1-2), jotka voivat liikkua toinen toisensa suhteen siten, että sisäosa (1) voidaan painaa mekaanisesti ulomman suojusosan (2) sisään alkuasennosta (A, B) mittaus asentoon (C, D), ii) sisäosa (1, Kuvat 1-3) on kiinteä olomuodoltaan ja sisältää käytettävään analyyttiseen mittaukseen tarvittavat komponentit, iii) ulompi suojusosa (2, Kuvat 1-3) sisältää liuossäiliön, jossa on analyyttisissä mittauksessa tarvittavaa nestettä, iv) sisäosa (1, Kuvat 1-3) sisältää analyyttisesti aktiivisen pinnan (5, Kuvat 1-3) ja alkuasennossa (A,B, Kuvat 1-2) suojusosan reiän (6, Kuvat 1-2) kautta voidaan aktiiviselle pinnalle (5, Kuvat 1-3) asettaa näyte, v) kun siirrytään tilasta A,B (Kuvat 1-2) tilaan C,D (Kuvat 1-2) sisäosan kärki (7, Kuvat 1-2) painuu esteen kautta suojusosassa olevaan liuossäiliöön (3, Kuvat 1-3) ja siinä olevaa nestettä purkautuu pois sama tilavuus kuin sisäosan kärjen materiaalia tunkeutuu liuossäiliöön (3), jolloin sanottu purkautuva liuos ohjautuu sisäosan aktiiviseen pintaan (5; Kuvat 1-3) ja pesee sen ei-toivotuista molekyyleistä, vi) liuossäiliöstä (3, Kuvat 1-3) aktiivisen pinnan (5, Kuvat 1-3) kautta purkautuva neste siirtyy aktiivisen pinnan yläpuolella ja/tai sivuilla olevista aukoista (9, Kuvat 2-3) jätesäiliöön (9, Kuva 1) tai imeytyy yläpuolella (4, Kuva 1) ja/tai jätesäilössä (9. Kuva 1) olevaan nestettä imevään materiaaliin, vii) sisäosan aktiiviseen pintaan (5, Kuvat 1-3) tarttuneet ilmaisinmolekyylit mitataan suojusosan (2, Kuvat 1-3) läpi, viii) vaihtoehtoisesti muutos A, B:sta C, D:hen (Kuvat 1-2) tapahtuu niin, että sisäosa (1, Kuvat 1-3) siirretään useamman kuin yhden sekoittumisesteen läpi, joiden esteiden muodostamissa kammioissa on erilaisia nestekoostumuksia, jotka kukin ovat vuorovaikutuksessa aktiivisen pinnan (5, Kuvat 1-3) kanssa kammioiden sisäosan (1) läpikulkujärjestyksessä.

2. Vaatimuksen 1 mukainen mittakenno, tunnettu siitä, että sillä mitattava näyte on biologinen materiaali, joka on saatettu nestemäiseen tilaan.

3. Vaatimuksen 1 mukainen mittakenno, tunnettu siitä, että sisäosan aktiivinen pinta on päällystetty kuivatuilla immuno- tai nukleiinihapporeaktion suorittamiseksi vaadittavilla materiaaleilla.

4. Vaatimuksen 1 mukainen mittakenno tunnettu siitä, että mittaus suoritetaan käyttäen leimamolekyylien sähköistä virittämistä ja analyysitulos mitataan luminesenssin perusteella.

5. Vaatimuksen 1 mukainen mittakenno tunnettu siitä, että mittaus suoritetaan käyttäen elektromagneettista säteilyä.

6. Vaatimuksen 1 mukainen mittakenno, tunnettu siitä, että mittauksessa käytetään hyväksi entsyymireaktiota, joka ilmaisee analyytin määrän.

7. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mitataan radioaktiivisesti merkattuja leimamolekyylejä.

8. Vaatimuksen 1 mukaisen analyyttisen mittakennon konstruktio, tunnettu siitä, että mittakennon mäntämäinen sisäosa (1, Kuvat 1-3) voidaan siirtää mekaanisesti mittakennon ulomman suojusosan (2, Kuvat 1-3) sisään, siten että sanotun suojusosassa sijaitsevassa säiliössä (3, Kuvat 1-3) oleva neste siirtyy männän puristusvoiman avulla uuteen säiliöön ( 9, Kuvat 1) ja matkallaan virtaava neste aiheuttaa analyyttisesti aktiivisen pinnan (3, Kuvat 1-3) peseytymisen ei-halutuista aineista.

9. Vaatimusten 1 ja 8 mukainen konstruktio tunnettu siitä, että mittakennossa (Kuvat 1-3) on kaksi tai useampia nestesäiliöitä (3, Kuvat 1-3) pesun, mittauksen ja/tai analyyttisten reaktioiden suoritusta varten, joiden nestesäiliöiden läpi analyyttisesti aktiivinen pinta (5, Kuvat 1-3) voi kulkea.

10. Vaatimuksen 1 mukaisen mittakennon konstruktio tunnettu siitä, että analyyttisesti aktiivinen pinta (5, Kuvat 1-3) on peitetty suodattimena, joka poistuu männän (1, Kuvat 1-3) aiheuttaman nestepurkauksen avulla aktiiviselta pinnalta.