FI96365C - Menetelmä ja anturi aineen analysoimiseksi fotometrisesti - Google Patents

Description

924741 .DOC 96365

Menetelmä ja anturi aineen analysoimiseksi fotometrisesti

Keksintö kohdistuu menetelmään aineen analysoimiseksi fotometrisesti, jossa näytetilaan johdetaan valoenergiaa ja sen seurauksena näyteti-5 lasta tulevaa valoenergiaa mitataan, jolloin analysoitavasta aineesta tai siitä riippuvan reaktion tuotteesta muodostetaan sopivan reagenssin avulla sakka näytetilaan ja sakasta takaisin sironneen valon intensiteetti mitataan. Keksintö kohdistuu myös anturiin kyseisen menetelmän toteuttamiseksi.

10

Valon intensiteetin mittaukseen perustuvia määritysmenetelmiä tunnetaan useita. Tällöin käytetään hyväksi sitä, että näytteestä tietyllä aallonpituudella saadun valon intensiteetti riippuu analysoitavan aineen tai erityisellä reaktiolla siitä saadun yhdisteen pitoisuudesta. Tätä käyte-15 tään hyväksi esimerkiksi spektrofotometriassa ja fluoresenssiin perustuvissa mittauksissa.

Edelliset menetelmät vaativat yleisesti tietyn aallonpituuden, jolla valoa johdetaan näytteeseen ja/tai jolla näytteestä tulevan valon mittaus 20 suoritetaan. Luonnollisesti tämä asettaa tarkat vaatimukset instrumentoinnille. Lisäksi kansainvälisestä julkaisusta WO 87/03960 tunnetaan sakanmuodostusta ja valon sirontaa käyttävä menetelmä, jossa mittaus suoritetaan automaattisen analysaattorin kyvetissä olevasta saostumasta. Tässä mitataan valon kulkusuunnasta 70° kulmassa näytteestä 25 sironnutta valoa. Näyte ja reagenssi, tässä tapauksessa vasta-aine, sijoitetaan erikseen näytetilana toimivaan kyvettiin. Kysymyksessä on laboratoriokäyttöön tarkoitettu monimutkainen automaattinen analysaattori, jossa valon johtaminen näytteeseen ja sironneen valon mittaus tapahtuu perinteisen optiikan keinoin. Menetelmä mahdollistaa aallonpi-30 tuuksien valitsemisen vapaammin, ja haluttaessa mittaustietoja voidaan kerätä jopa useammalla eri aallonpituudella.

Keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä ja anturi, jolla voidaan yksinkertaistaa sirontaan perustuvaa mittausta, jossa käytettävät aal-35 lonpituudet voidaan valita vapaammin ja joka lisäksi monipuolistaa eri aineille käytettävissä olevia määritystapoja. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että mittauksen suorittamiseksi sakka muodostetaan itse 924741 DOC ^ UUL v 2 näytetilassa siihen sijoitetun reagenssin avulla sijoittamalla näytetila näytteeseen ja johtamalla analysoitavaa ainetta tai siitä riippuvan reaktion tuotetta näytetilaan, ja että valo johdetaan näytetilaan ja siitä siron-nut valo mittaukseen samaa tai erillistä optista kuitua tai kuitukimppua 5 pitkin, jolloin näytetila sijaitsee optisen kuidun ulkopään etupuolella.

Olennaista keksinnössä on analysoitavan aineen vaikutuksesta syntyvän kiinteän sakan hyväksikäyttö sen sijaan, että indikaattorit olisi sidottu esim. latexpalloihin, lasihelmiin yms. joissa syntyvä värireaktio 10 mitataan tietyllä aallonpituudella. Sakka muodostetaan itse näytetilaan, jolloin mittaus suoritetaan työntämällä näytetila näytteeseen. Optisella kuidulla saadaan yksinkertainen optiikka, jolloin menetelmää voidaan käyttää monissa mittauskohteissa.

15 Erään edullisen suoritusmuodon mukaan reagenssin sisältävä näytetila on suljettu membraanilla, jolloin membraani saatetaan kosketuksiin analysoitavan ympäristön kanssa, josta analysoitavan aineen tai siitä riippuvan reaktion tuotteen annetaan siirtyä näytetilaan membraanin läpi.

20

Keksinnön mukaiselle anturille menetelmän toteuttamiseksi on puolestaan tunnusomaista se, että näytetilaan on sijoitettu reagenssi, joka muodostaa sakan analysoitavan aineen tai siitä riippuvan reaktion tuotteen kanssa mittauksen suorittamiseksi sakasta takaisin sironneen 25 valon avulla, ja että näytetila on sijoitettu valoenergiaa näytetilaan tuovan ja näytetilasta sironnutta valoa mittaukseen johtavan saman tai erillisen optisen kuidun tai kuitukimpun päähän optisen kuidun ulkopään etupuolelle siten, että se on sijoitettavissa analysoitavaan näytteeseen. Erään edullisen suoritusmuodon mukaan näytetila on suljettu 30 ympäristöstä analysoitavaa ainetta tai siitä riippuvan reaktion tuotetta läpi päästävän membraanin avulla. Erään vaihtoedon mukaan täytetila voi olla myös päästään ympäristöön avoimen kapillaariputken sisällä.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin pii-35 rustuksiin, joissa kuva 1 esittää keksinnön mukaisen anturin päätä,

924741 .DOC

96365 3 kuva 2 esittää erästä toista anturin päätä halkileikkauksena, kuva 3 esittää erään kolmannen anturin päätä halkileikkauksena ja 5 kuva 4 havainnollistaa mittausmenetelmää kuvan 3 mukaisella anturilla.

Kuvassa 1 on esitetty anturin pää. Sopivaa ainetta olevan puikkomai-sen anturin rungon sisällä kulkee optinen kuitu 1, jonka ydin 2 tulee ulos 10 kuidun suojakuoren päästä. Ytimen päähän on muodostettu näytetila 3 sulkemalla sen pääty membraanilla 4. Näytetilassa 3 on reagenssia, joka saa aikaan saostuman analyysissä mitattavan aineen kanssa. Tämä aine on mikä tahansa aine, joka saa aikaan sakkareaktion näytetilassa olevan reagenssin kanssa, ja se ei välttämättä ole aine, jonka 15 pitoisuutta halutaan mitata, vaan se voi olla esimerkiksi tämän reaktio-tuote, kuten myöhemmin tullaan selostamaan.

Mitattaessa analysoitavaa ympäristöä anturilla upotetaan sen pää eli näytetila 3 analysoitavaan ympäristöön, kuten esimerkiksi nestetilavuu-20 teen. Tällöin haluttu aine diffundoituu membraanin 4 läpi ja muodostaa sakan näytetilassa 3 olevan reagenssin kanssa. Valoa johdetaan valonlähteestä kuitua 1 pitkin näytetilaan 3, ja siihen muodostuneesta sakasta takaisin sironnut valo johdetaan takaisin samaa optista kuitua 1 pitkin detektorille. Valon lähde ja detektori sijaitsevat kuidun toisessa päässä 25 olevassa instrumenttiyksikössä, joka voi toimia kuituoptiikassa ja optiikan instrumentoinnissa sinänsä tunnetuilla periaatteilla.

Kuvassa 2 on esitetty toisentyyppinen anturi, jossa optisen kuidun 1 suojakuoresta ulos tuleva ydin 2 on ympäröity membraanilla 4, joka jat-30 kuu lieriömäisenä kuidun ulkopään yli. Membraanin avoin pää on suljettu valoa vaimentavalla palalla 5, jolloin näytetila 3 jää kuidun pään ja palan 5 väliin membraanin sisään. Tässä näytetilassa 3 on reagenssi, joka toimii edellä kuvatulla tavalla.

35 Kuvassa 3 on esitetty anturi, jossa on kaksi optista kuitua 1, joista toinen johtaa valon valonlähteestä näytetilaan 3 ja toinen johtaa takaisin sironneen valon detektorille. Kuidut on viety rinnakkain näytetilan 3 sisään. Näytetilan seinämät muodostuvat tässä tapauksessa lieriömäisen Q A 7 A k 924741 .DOC .7 U O U v..

4 kapillaariputken 6 seinämästä. Kapillaariputki on päästä avoin, jolloin analysoitava aine voi päästä sen kautta kosketuksiin näytetilassa 3 olevan reagenssin kanssa. Vaihtoehtoisesti kapillaariputki 6 voi olla päästään suljettu, jolloin sen seinämä on huokoinen päästäen analysoi-5 tavaa ainetta läpi.

Kuvassa 4 on esitetty kaavamaisesti mittausjärjestelyt kuvan 3 anturia käytettäessä. Valonlähteestä 7 kytketään valo optiikan 10 avulla kuituun 1 ja sitä pitkin johdetaan valo kuitua 1 pitkin näytteeseen 8, jossa 10 sijaitsee edellä kuvattu anturi. Anturissa muodostuneesta sakasta takaisin sironnut valo johdetaan toista kuitua 1 pitkin detektoriin 9. Valonlähteenä voidaan käyttää leveäspektristä, ei-koherenttia miniatyrisoitua komponenttia, esim. LED:tä. Optisen kuidun pään numeerisen aukon rajoittavalta alueelta takaisin sironneen valon detektorina voidaan 15 käyttää tavallista kaupallista luminometriä. Valonlähde 7 ja detektori 9 voidaan integroida samaan kannettavaan instrumenttiyksikköön.

Yhtä kuitua käytettäessä voidaan näytetilaan 3 johtaa valoa jatkuvasti ja samaa kuitua pitkin takaisin sironnut valo voidaan instrumenttiyksi-20 kössä heijastaa säteenjakajan avulla detektorille 9.

Yksittäinen valoa näytetilaan 3 tuova ja/tai detektorille 9 vievä optinen kuitu voidaan korvata myös kuitukimpulla, jonka kuiduissa voidaan samanaikaisesti kuljettaa valoenergiaa.

25

Riippumatta siitä, mitä menetelmää valon johtamiseksi näytetilaan ja näytetilasta pois käytetään, on mahdollista seurata sakan muodostusta esim. ajan funktiona. Tällöin esimerkiksi takaisin sironneen valon intensiteetin kasvunopeutta voidaan käyttää apuna analysoitavan aineen 30 kvantitatiivisessa analyysissä.

Käytännössä reagenssi voidaan sijoittaa näytetilaan 3 joko liuosfaa-sissa tai se voi olla sidottuna geeliin.

35 Eräänä esimerkkinä menetelmän sovellutuksista voidaan käyttää ent-syymisubstraatin mittausta liuoksista. Sakan muodostavana aineena on tällöin substraatin reaktiotuote, joka saadaan substraatista entsyymin katalysoiman reaktion avulla. Saostavana reagenssina käytetään reak- it 924741 Doc 96365 5 tiotuotteen kanssa sakan muodostavaa reagenssia. Tällöin entsyymi voi olla näytetilassa 3 tai se voi olla myös immobilisoituna membraaniin 4, jolloin substraatti diffundoituessaan membraanin läpi muuttuu samalla reaktiotuotteeksi. Tätä menetelmää voidaan soveltaa esimerkiksi 5 kliinisen kemian biokemiallisten aineiden mittaukseen. Anturista voidaan tehdä tällöin kenttäolosuhteisiin, tehohoitoon, kotihoitoon tai lääkärin vastaanotolle soveltuva, jolloin analyysejä suoritettaessa ei tarvitse turvautua keskulaboratorioiden palveluihin.

10 Keksintöä voidaan soveltaa myös muiden aineiden analyysiin. Esimerkiksi monet metallit saostuvat sopivilla anioneilla selvästi havaittaviksi sakoiksi, jolloin näytetilassa olevana reagenssina voidaan käyttää tällaista anionia sisältävää liuosta ja membraani voi esimerkiksi olla kyseistä metalli-ionia selektiivisesti läpipäästävä. Samoin voidaan käyttää 15 reagensseina sopivia, metalli-ioneja sisältäviä liuoksia, joilla halutaan analysoida tiettyjen anionien pitoisuutta.

Claims (6)

924741.DOC 96365

1. Menetelmä aineen analysoimiseksi fotometrisesti, jossa näytetilaan 5 (3) johdetaan valoenergiaa ja sen seurauksena näytetilasta tulevaa valoenergiaa mitataan, jolloin analysoitavasta aineesta tai siitä riippuvan reaktion tuotteesta muodostetaan sopivan reagenssin avulla sakka näytetilaan (3) ja sakasta takaisin sironneen valon intensiteetti mitataan, tunnettu siitä, että mittauksen suorittamiseksi sakka muodos-10 tetaan itse näytetilassa (3) siihen sijoitetun reagenssin avulla sijoittamalla näytetila (3) näytteeseen (8) ja johtamalla analysoitavaa ainetta tai siitä riippuvan reaktion tuotetta näytetilaan, ja että valo johdetaan näytetilaan ja siitä sironnut valo mittaukseen samaa tai erillistä optista kuitua (1) tai kuitukimppua pitkin, jolloin näytetila (3) sijatisee optisen 15 kuidun ulkopään etupuolella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että näytetila on suljettu membraanilla (4), jolloin membraani saatetaan kosketuksiin analysoitavan ympäristön kanssa, josta analysoitavan ai- 20 neen tai siitä riippuvan reaktion tuotteen annetaan siirtyä näytetilaan (3) membraanin läpi.

3. Anturi aineen analysoimiseksi fotometrisesti käsittäen näytetilan (3) ja siihen suunnatun väylän valoenergiaa varten ja siitä lähtevän väylän 25 näytetilasta lähtevän valoenergian johtamiseksi mittaukseen, tunnettu siitä, että näytetilaan (3) on sijoitettu reagenssi, joka muodostaa sakan analysoitavan aineen tai siitä riippuvan reaktion tuotteen kanssa mittauksen suorittamiseksi sakasta takaisin sironneen valon avulla, ja että näytetila (3) on sijoitettu valoenergiaa näytetilaan (3) tuovan ja näyteti-30 lasta (3) sironnutta valoa mittaukseen johtavan saman tai erillisen optisen kuidun (1) tai kuitukimpun päähän optisen kuidun ulkopään etupuolelle siten, että se on sijoitettavissa analysoitavaan näytteeseen (8).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen anturi, tunnettu siitä, että näyte-35 tila (3) on suljettu ympäristöstä analysoitavaa ainetta tai siitä riippuvan reaktion tuotetta läpi päästävän membraanin (4) avulla. 924741 .DOC 96365

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen anturi, tunnettu siitä, että näyte-tila (3) on päästään ympäristöön avoimen kapillaariputken (6) sisällä.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen anturi, tunnettu siitä, että näyte-5 tila (3) on huokoisen päästään suljetun kapillaariputken (6) sisällä. • · 924741 DOC 96365