KR101170853B1 - A handheld device with a disposable element for chemical analysis of multiple analytes - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 화학적 또는 생물학적 물질의 현장 분석을 필요로 하는 다중 화학적 또는 생물학적 물질의 농도를 측정하는 핸드헬드 시스템 및 방법에 관한 것이다. 새롭고 독창적인 핸드헬드 센서 시스템은, 흡광도 변경, 발광 변경, 및 다른 형태의 광 기반 응답의 변경을 통해 특정 분석 대상물에 대한 테스트 엘리먼트 응답을 측정하는 분광 검출기 및 일회성 광학 테스트 엘리먼트를 이용한다. 이러한 방식으로, 테스트 엘리먼트 응답을 나타내는 반사 광 강도를 이용하여 타깃 분석 대상물의 농도를 측정할 수 있다. 센서 시스템은 정보 처리 유닛 또는 컴퓨터에 인터페이싱될 수도 있어 분석 데이터를 조작하거나 전자적으로 저장할 수 있다.

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The present invention relates to a handheld system and method for determining the concentration of multiple chemical or biological materials requiring in situ analysis of multiple chemical or biological materials. The new and unique handheld sensor system utilizes a spectroscopic detector and one-time optical test elements that measure test element responses to specific analytes through changes in absorbance, changes in luminescence, and other forms of light-based response. In this manner, the reflected light intensity representing the test element response can be used to measure the concentration of the target analyte. The sensor system may be interfaced to an information processing unit or computer to manipulate or electronically store analysis data.

Figure 112006051603274-pct00009

Description

화학적 또는 생물학적 물질의 분석 대상물 농도 측정 시스템 및 방법{A HANDHELD DEVICE WITH A DISPOSABLE ELEMENT FOR CHEMICAL ANALYSIS OF MULTIPLE ANALYTES}System and method for measuring analyte concentration of chemical or biological substance {A HANDHELD DEVICE WITH A DISPOSABLE ELEMENT FOR CHEMICAL ANALYSIS OF MULTIPLE ANALYTES}

본 발명은 일반적으로 분광광도법에 의한 화학 물질의 분석 및 측정용 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 일회성 광학 테스트 엘리먼트 및 분광 검출기를 이용하는 다중 물질들의 정량 결정용 휴대용 핸드헬드 센서 시스템에 관한 것이다.The present invention relates generally to methods and apparatus for the analysis and measurement of chemicals by spectrophotometry, and more particularly, to a portable handheld sensor system for quantitative determination of multiple materials using one-time optical test elements and spectroscopic detectors. .

다양한 화학 물질이 샘플에서 존재하는 물질의 농도에 비례하여 광을 흡수한다고 알려져 있다. 게다가, 이러한 물질을 통과하는 광은 그 물질의 흡광 특성 및 그 광이 통과하는 다른 임의의 매체의 특성에 의해 특징지어지는 흡광 스펙트럼을 갖고 있다. 이러한 흡광 스펙트럼은 분석을 위해 프리즘 형태로 나타낼 수 있다. 강도 손실 및 다른 흡광체로 인한 흡광 스펙트럼의 일부를 무시함으로써, 화학 물질의 스펙트럼을 분리할 수 있고 그 물질의 본질 및 농도를 결정할 수 있다. 무시 또는 참조화는 화학 물질의 부재시 광원의 흡광 스펙트럼 및 임의의 분광 광도 성 분을 결정함으로써 행해진다. 참조화는 일반적으로 에러를 최소화하도록 시간 및 공간에 대하여 화학 물질의 흡광도 측정에 근접하게 행해진다.Various chemicals are known to absorb light in proportion to the concentration of the substance present in the sample. In addition, the light passing through such a material has an absorption spectrum characterized by the light absorption properties of the material and the properties of any other medium through which the light passes. This absorbance spectrum can be shown in prismatic form for analysis. By ignoring part of the absorption spectrum due to intensity loss and other absorbers, the spectrum of the chemical can be separated and the nature and concentration of the material can be determined. Ignoring or referencing is done by determining the absorbance spectrum and any spectrophotometric component of the light source in the absence of chemicals. References are generally made in close proximity to absorbance measurements of chemicals over time and space to minimize errors.

화학 물질의 농도를 측정하는데 있어서 휴대용 배터리 전원공급 장치가 상업용으로 이용가능하다고 널리 알려져 있다. 그 예로는 Hach사의 휴대용 광도계 및 Merck사의 휴대용 반사계가 있다. 광도 시스템 및 반사 시스템의 상세한 설명은, Comprehensive Analytical Chemistry, Chemical Test Methods of Analysis, (Y. A. Zolotov et al., Elsevier, New York (2002)), 및 Review of Scientific Instruments, (Kostov, Y. and Rao, G. , Vol. 71, 4361, (2000))의 리뷰 페이퍼에 기재되어 있다. 이러한 시스템들을 이용함으로써 실험실 외부에서 화학 분석을 행하게 된다. 그러나, 아래와 같은 부분들에 대하여 개선할 필요가 있다.Portable battery power supplies are widely known for commercial use in measuring chemical concentrations. Examples include Hach handheld photometers and Merck handheld reflectometers. Detailed descriptions of photometric and reflective systems are provided in Comprehensive Analytical Chemistry, Chemical Test Methods of Analysis, (YA Zolotov et al., Elsevier, New York (2002)), and Review of Scientific Instruments, (Kostov, Y. and Rao, G., Vol. 71, 4361, (2000)). Using these systems allows chemical analysis outside the laboratory. However, the following parts need to be improved.

1. 휴대용 기구를 이용한 일부 테스트에서 독성 또는 부식성 시약을 사용한다. 일부에서는 단일 테스트용으로 많은 양의 고체 시약을 사용한다. 예를 들어, 많은 Hach 테스트 방법들에서는 단일 분석 대상물에 대하여 200mg 이상의 고체 시약을 사용한다.1. Some tests with portable instruments use toxic or corrosive reagents. Some use large amounts of solid reagents for a single test. For example, many Hach test methods use more than 200 mg of solid reagent for a single analyte.

2. 운영자는 시약 및 샘플을 측정 유닛 내로 전달해야 한다. 샘플 조작 및 시약 핸들링은 화학 분석에 있어서 불편한 부분이며 운영자 간 에러를 증가시킨다.2. The operator must deliver reagents and samples into the measurement unit. Sample handling and reagent handling are inconvenient for chemical analysis and increase operator-to-operator error.

3. 습식 화학 분석으로부터 발생하는 액체 폐기물은 적절한 법에 따라 안전하게 처리되어야 한다.3. Liquid waste resulting from wet chemical analysis should be safely disposed of in accordance with appropriate legislation.

4. 현재 이용가능한 테스트 방법들로는 단일 테스트로 하나의 관련없는 분석 대상물 초과를 쉽게 결정할 수 없다.4. Currently available test methods do not easily determine exceeding one irrelevant analyte in a single test.

5. 대부분의 휴대용 장치들은 데이터 해석 및 저장 기능을 갖고 있지만, 대부분의 테스트 결과는 여전히 데이터베이스로 수동으로 전달되어야 한다.5. Most handheld devices have data interpretation and storage capabilities, but most test results still have to be passed to the database manually.

테스트 스트립을 이용하는 다른 방법들이 많은 분석 대상물에 대하여 반정량(semi-quantitative) 분석용으로 널리 시도되었다. 여기서, 광도계에 의해 판독되는 일회성 광학 센서 엘리먼트로 정량 결과를 얻을 수 있다. 대부분의 경우, 광학 센서 엘리먼트에 의해 단일 분석 대상물만이 결정된다. 투과 흡광도를 측정하기 때문에, 교정 없는 테스트를 위한 일회성 광학 센서 엘리먼트를 제조하기 어렵다.Other methods using test strips have been widely tried for semi-quantitative analysis on many analytes. Here, quantitative results can be obtained with a one-time optical sensor element read by a photometer. In most cases, only a single analyte is determined by the optical sensor element. Because of the measurement of transmission absorbance, it is difficult to manufacture one-time optical sensor elements for tests without calibration.

일회성 화학 센서들은 당해 기술에 널리 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허번호 5,830,134는, 부분적 일회성 감시 유닛을 이용함으로써 발생하는 인자들처럼 많은 교란 인자들을 보상하도록 설계된 물리 화학적 파라미터들을 검출하는 센서 시스템을 개시하고 있으며, 이에 따라 교정 단계들이 필요 없게 된다.Disposable chemical sensors are well known in the art. For example, US Pat. No. 5,830,134 discloses a sensor system that detects physicochemical parameters designed to compensate for many disturbance factors, such as those caused by using a partial one-time monitoring unit, thus eliminating the need for calibration steps. .

다른 미국특허 5,156,972는, 흡광, 광 발산, 광 산란, 편광, 및 전자화학적 및 압전 측정 파라미터에 기초하는 화학 센서를 개시하고 있다.Another US Pat. No. 5,156,972 discloses a chemical sensor based on absorbance, light divergence, light scattering, polarization, and electrochemical and piezoelectric measurement parameters.

광학 태건트(taggant) 및 화학 센서용 광학 산란 제어 방출이 미국 특허 6,528,318에 개시되어 있다.Optical scattering controlled emissions for optical taggants and chemical sensors are disclosed in US Pat. No. 6,528,318.

참조 및 지시기 센서를 이용하는 센서 어레이는 알려져 있으며 미국 특허 4,225,410에 개시되어 있다. 여기서, 센서는 각 분석을 직접 판독할 수 있는 것처럼 개별적으로 교정될 수 있다.Sensor arrays using reference and indicator sensors are known and disclosed in US Pat. No. 4,225,410. Here, the sensors can be calibrated individually as if each analysis could be read directly.

미국 특허 5,738,992는 참조 물질을 활용하여 형광 도파관 센서 측정을 정정 하는 방법을 개시하고 있다. 미국 특허 5,631,170은 도파관에 참조 시약으로 라벨링함으로써 형광 도파관 센서용 참조 방법을 교시하고 있다. 본 발명에서 사용되는 내부 흡광도 표준 방법은 여러 가지 면에서 종래 기술과 기본적으로 다르다는 점에 주목하길 바란다.U.S. Patent 5,738,992 discloses a method of correcting fluorescent waveguide sensor measurements utilizing a reference material. U.S. Patent 5,631,170 teaches a reference method for fluorescent waveguide sensors by labeling the waveguide with a reference reagent. Note that the internal absorbance standard method used in the present invention is fundamentally different from the prior art in several ways.

먼저, 본 발명에서 사용되는 다중각 산란 유도 흡광도 검출 기술은 입사 빔 파장과 대략 같은 크기의 막 두께를 갖는 얇은 엘리먼트를 사용하는 전통적인 감쇄 전반사(ATR) 센서와 다르다. 이러한 얇은 엘리먼트는 내부 참조용으로 기능하는 플루오로퍼(fluorophore)를 포함할 수도 있다. 반면, 본 시스템은 입사 빔 파장에 가까운 두께를 필요로 하지 않으며 흡광도에 기초하는 다른 내부 참조를 이용하는 두꺼운 막 엘리먼트에 속한다.First, the multi-angle scattering induced absorbance detection technique used in the present invention is different from traditional attenuated total reflection (ATR) sensors using thin elements with a film thickness approximately the same as the incident beam wavelength. Such thin elements may include a fluorophore that serves for internal reference. On the other hand, the system does not require a thickness close to the incident beam wavelength and belongs to a thick film element that uses another internal reference based on absorbance.

2개 파장 또는 이중 빔 방법들은 분광 광도 분석에 있어서 알려져 있다. "Referencing Systems for Evanescent Wave Sensors," (Stewart, G. et al., Proc. Of SPIE, 1314,262 (1990))에서는, 센서 표면상의 오염 영향을 보상하는 2개 파장 방법을 제안하고 있다. Loeppert의 미국 특허 4,760,250은, 피드백 제어 광원을 이용하여 광원 안정성 및 컴포넌트 에이징과 관련된 문제점들을 최소화하는 환경 특성을 측정하는 광전자 시스템을 개시하고 있다. 유사한 피드백 제어 2개 파장 방법이 Vurek의 미국 특허 3,799,672에 개시되어 있다. 이중 빔 반사 분광광도계가 "Optical Fiber Sensor for Detection of Hydrogen Cyanide in Air, " (Jawad, S. M. and Alder, J. F., Anal. Chien. Acta 259,246 (1991))에 개시되어 있다. Jawad 및 Alder의 방법에서는, 2개의 LED에 교대로 에너지를 공급하고 있다. 2개 파장에서의 출력들의 비를 이용하여 시안화 수소 검출용 센서 엘리먼트의 배경 흡광에 의해 야기된 에러를 줄인다. 이러한 2개 파장 방법들은 광원의 장기간 안정성 문제들 그리고 광학 및 기계적 컴포넌트 에이징에 의해 야기된 에러들을 최소화하는데 효과적이다. 그러나, 일회성 테스트 엘리먼트의 효과적인 광학 패스 길이에서의 변동과 관련된 에러들을 해결하지 못하고 있다. Two wavelength or double beam methods are known for spectrophotometric analysis. "Referencing Systems for Evanescent Wave Sensors," (Stewart, G. et al., Proc. Of SPIE, 1314, 262 (1990)), proposes a two-wavelength method for compensating for contamination effects on sensor surfaces. US Pat. No. 4,760,250 to Loeppert discloses an optoelectronic system that uses a feedback controlled light source to measure environmental characteristics that minimizes problems associated with light source stability and component aging. Similar feedback controlled two wavelength methods are disclosed in U. S. Patent 3,799,672 to Vurek. Dual beam reflective spectrophotometers are disclosed in "Optical Fiber Sensor for Detection of Hydrogen Cyanide in Air," (Jawad, S. M. and Alder, J. F., Anal. Chien. Acta 259,246 (1991)). In the method of Jawad and Alder, two LEDs are alternately supplied with energy. The ratio of the outputs at the two wavelengths is used to reduce the error caused by the background absorption of the sensor element for detecting hydrogen cyanide. These two wavelength methods are effective in minimizing the long term stability problems of the light source and the errors caused by optical and mechanical component aging. However, it does not address the errors associated with variations in the effective optical path length of the one-time test element.

폐기가능 또는 일회성 측정 장치를 포함하고 더 포함하는 일회성 센서 시스템이 미국 특허 5,114,859호에 개시되어 있다.One-time sensor systems that include and further include disposable or one-time measurement devices are disclosed in US Pat. No. 5,114,859.

또한, 미국 특허 6,007,775에서는 미세가공(microfabricated) 센서들로 다중 분석 대상물들의 분석을 행하고 있다.In addition, US Pat. No. 6,007,775 analyzes multiple analytes with microfabricated sensors.

"Application of a Plastic Evanescent-Wave Sensor to Immunological Measurements of CKMB," (Slovacek, R. E.; Love, W. F.; Furlong, S.C.., Sensors and Actuators B, 29, pp. 67-71, (1995))에서는, 넌 크리티컬 표면에 의해 핸들링되는 센서를 개선된 견고성을 갖추어 제조할 수 있다는 것을 증명하였다. 이러한 감지 엘리먼트는 감지 화학물들이 증착되는 단부가 둔감한 플라스틱 콘으로서 제조되었다. 감지 엘리먼트는 플라스틱으로부터 사출 성형되어, 상업용으로 이용가능하게 되었다.In "Application of a Plastic Evanescent-Wave Sensor to Immunological Measurements of CKMB," (Slovacek, RE; Love, WF; Furlong, SC., Sensors and Actuators B, 29, pp. 67-71, (1995)), It has been demonstrated that sensors handled by critical surfaces can be manufactured with improved robustness. Such sensing elements were made as plastic cones that are insensitive to the end where the sensing chemicals are deposited. The sensing element was injection molded from plastic, making it commercially available.

결국, 알려져 있는 기존의 센서들은 필드 분석 응용을 위한 자신들의 응용성을 제한하는 여러 가지 현저한 단점이 있다. 이러한 단점들의 예는 아래와 같다.As a result, known sensors have a number of significant drawbacks that limit their applicability for field analysis applications. Examples of these shortcomings are as follows.

1. 정밀한 판독을 수행하도록 센서에서 테스팅 스트립의 크리티컬 정렬이 필요하다.1. Critical alignment of the testing strip is required on the sensor to perform precise readings.

2. 테스팅 스트립 품질에서의 변동(매입형 시약 농도, 효과적인 광학 경로 길이, 및 컴포넌트 에이징)에 의해 야기되는 에러들을 줄일 필요가 있다.2. There is a need to reduce errors caused by variations in testing strip quality (embedded reagent concentration, effective optical path length, and component aging).

3. 테스팅 엘리먼트가 샘플에 노출될 때 이 엘리먼트에서의 물리적 변경으로 인해 야기되는 에러들, 예를 들어, 팽창, 수축, 또는/및 크레이징(crazing)과 같은 에러들을 줄일 필요가 있다.3. When the testing element is exposed to the sample, there is a need to reduce errors caused by physical changes in this element, for example errors such as expansion, contraction, and / or crazing.

4. 정밀 분석을 위한 화학 센서 응답에 있어서 스테디 스테이트 응답을 결정할 필요가 있다.4. It is necessary to determine the steady state response in chemical sensor response for precise analysis.

5. 비가역 화학물로부터 동적 센서 정보를 수집할 수 없다.5. Unable to collect dynamic sensor information from irreversible chemicals.

6. 샘플에 노출시 비가역 화학물로부터 실시간 정보를 수집할 수 없다.6. No real-time information can be collected from irreversible chemicals when exposed to samples.

7. 다중 비가역 화학물로부터의 동적 센서 정보를 분석할 수 없어 센서 시스템의 개선된 수량화 기능을 제공할 수 없다.7. It is not possible to analyze dynamic sensor information from multiple irreversible chemicals to provide improved quantification of the sensor system.

상술한 종래 기술에서의 단점들 때문에, 저 비용의 휴대성 및 교정 없는 센서 시스템을 제시하지 못하였다. 본 발명의 센서 시스템은 상술한 단점들을 해결하는 것이다. 특히, 본 발명의 센서는, 농도 레벨을 정량화하기 위해 샘플이 센서와 반응할 때 비가역 센서 화학물들의 동역학적 또는 동적 응답의 변경의 비율을 추적함으로써 동적 정보를 수집할 수 있다.Because of the shortcomings in the prior art described above, it has not been possible to provide a low cost portability and calibration free sensor system. The sensor system of the present invention solves the aforementioned disadvantages. In particular, the sensors of the present invention can collect dynamic information by tracking the rate of change in the kinetic or dynamic response of irreversible sensor chemicals as the sample reacts with the sensor to quantify the concentration level.

상술한 바를 고려할 때, 본 발명의 목적은 분석 대상물 농도의 정량 결정을 위한 휴대용 일회성 핸드헬드 센서 시스템을 제공하는 것이다. 또한, 새로운 각각의 분석 세트 전에 교정을 요구하지 않는 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 점에서, 본 시스템은 동일한 센서 엘리먼트에 대하여 이중 광 분석을 이용하 며, 여기서 샘플 응답을 내부 참조와 비교하여, 새로운 각각의 분석 세트 전에 교정이 필요 없게 된다. 게다가, 내부 참조를 이용함으로써 장치에 대한 광학적 및 기계적 결합 요구사항들을 상당히 줄이고, 이에 따라 테스팅 결과의 정밀도에는 최소한의 영향을 끼치면서 제조 및 조립 프로세스의 비용 면에서 이점을 제공하게 된다.In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide a portable one-time handheld sensor system for quantitative determination of analyte concentrations. It would also be desirable to provide a system that does not require calibration before each new set of assays. In this regard, the system uses dual light analysis on the same sensor element, where the sample response is compared with an internal reference, eliminating the need for calibration before each new analysis set. In addition, the use of internal references significantly reduces the optical and mechanical coupling requirements for the device, thus providing an advantage in the cost of the manufacturing and assembly process with minimal impact on the precision of the testing results.

본 발명의 다른 목적은, 정보 처리 유닛, 예를 들어, 포켓 퍼스널 컴퓨터 또는 무선 이동 전화나 위성과 통신할 수 있는 센서에 의해 분석 데이터를 조작, 전송, 또는 전자적으로 저장할 수 있는 센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a sensor capable of manipulating, transmitting or electronically storing analytical data by an information processing unit such as a pocket personal computer or a sensor capable of communicating with a wireless mobile phone or satellite. .

본 발명은 어떠한 액체 시약도 필요하지 않은 일반적인 광도계 및/또는 분광 테스트 방법을 제공하는 점에 주목하길 바란다. 이것은 테스트를 간략화할 뿐만 아니라 독성 시약 재료의 핸들링 및 처리와 관련된 비용 및 노동 집약적 요구사항들을 줄인다.It should be noted that the present invention provides a general photometer and / or spectroscopic test method that does not require any liquid reagents. This not only simplifies testing but also reduces the cost and labor intensive requirements associated with handling and handling toxic reagent materials.

본 발명은 화학 물질에서의 분석 대상물 농도를 측정하는 휴대용 일회성 핸드헬드 센서 시스템을 제공한다. 이 시스템은 액체 시약이 필요 없으며 새로운 각 분석 세트 전에 교정이 필요없는 일반적인 광도계 및/또는 분광 테스트 방법을 제공한다. 이 시스템의 주요 구성 요소는, 일회성 테스트 엘리먼트 상에 고정된 박막 감지 시약, 재생가능 방식으로 테스트 엘리먼트를 장착하는 어댑터, 및 테스트 엘리먼트로부터 광도 응답을 야기할 수 있는 광원을 포함한다. 이에 따라, 시스템은, 적절한 결합 장치들, 고정 수단(fixturing), 전원, 전자 회로부와 조합하여 상업용으로 이용가능한 광학 광원 및 광검출기 소자들을 포함하여, 데이터를 컴퓨터 또는 다른 디스플레이, 저장 또는 처리 유닛에 인터페이싱하고 전송할 수 있게 된다.The present invention provides a portable one-time handheld sensor system for measuring analyte concentration in a chemical. The system provides a common photometer and / or spectroscopic test method that requires no liquid reagents and no calibration before each new set of assays. The main components of this system include a thin film sensing reagent fixed on a one-time test element, an adapter that mounts the test element in a renewable manner, and a light source that can cause a luminosity response from the test element. Accordingly, the system may include optical light sources and photodetector elements commercially available in combination with appropriate coupling devices, fixturing, power supplies, electronic circuitry, and the like to store data on a computer or other display, storage or processing unit. It can interface and transmit.

또한, 이 시스템은 감지 측정 동안 테스트 엘리먼트를 주변 광으로부터 분리하는 클로저(closure)와 같이 자신의 주요 기능을 지원하는 추가 장치를 고려한다. 또한, 본 발명은 복수의 분석 대상물을 단일의 다중-구획적 테스트 엘리먼트로 측정하도록 확장가능하고 화학적 또는 생물학적 샘플의 온사이트 분석이 필요한 실질적으로 임의의 위치로 쉽게 운반될 수 있는 고 반응성 센서 시스템을 제공한다는 것을 이해할 수 있다. 이러한 위치의 예로는 떨어져 있는 호수나 시내, 또는 높은 빌딩의 지붕 상의 쿨링 타워가 있다.In addition, the system considers additional devices that support their primary functions, such as closures that separate test elements from ambient light during sensing measurements. In addition, the present invention provides a highly reactive sensor system that is scalable to measure multiple analytes with a single multi-compartment test element and can be easily delivered to virtually any location requiring on-site analysis of a chemical or biological sample. I can understand that. An example of such a location is a cooling tower on the roof of an isolated lake, a city, or a tall building.

본 발명 및 종래 기술에 대한 본 발명의 이점은 첨부 도면을 참조하여 다음에 따르는 상세한 설명 및 청구범위를 읽음으로써 자명해질 것이다.Advantages of the invention over the invention and the prior art will become apparent by reading the following description and claims with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드헬드 시스템의 투시도이다.1 is a perspective view of a handheld system according to one embodiment of the invention.

도 2는 본 발명의 대체 실시예에 따른 다중-구획적 일회성 광학 엘리먼트의 정면도이다.2 is a front view of a multi-compartment one-time optical element in accordance with an alternative embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일회성 테스트 엘리먼트의 투시도이다.3 is a perspective view of a one-time test element according to one embodiment of the invention.

도 4는 다중-구획적 테스트 엘리먼트를 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드헬드 센서 시스템의 투시도이다.4 is a perspective view of a handheld sensor system in accordance with an embodiment of the present invention utilizing a multi-compartment test element.

도 5는 단일 분석 대상물로부터의 이중 파장 응답의 일 예를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating an example of a dual wavelength response from a single analyte.

도 6은 상이한 잉크 농도들의 노광으로부터의 스펙트럼 응답 변경을 나타내는 일련의 흡광 레벨들의 일 예를 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a series of absorbance levels indicating a change in spectral response from exposure of different ink concentrations.

도 7은 본 발명의 일 예에 따른 다른 측정 구성의 투시도이다.7 is a perspective view of another measurement configuration according to an example of the present invention.

도 8은 폴리카르보네이트 반사 엘리먼트로 얻어지는 샘플 스펙트럼 및 베이스라인 스펙트럼의 일 예를 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating an example of a sample spectrum and a baseline spectrum obtained with a polycarbonate reflective element.

도 9는 참조 정정 전의 0.5ppm NaOCl에 대한 샘플 스펙트럼과 이에 따라 광학 엘리먼트 위치가 엄격히 제어된 일 예를 나타내는 도면이다.FIG. 9 shows an example in which sample spectra for 0.5 ppm NaOCl before reference correction and thus optical element position are strictly controlled.

도 10은 참조 정정 후의 0.5ppm NaOCl에 대한 샘플 스펙트럼과 이에 따라 광학 엘리먼트 위치가 엄격히 제어된 일 예를 나타내는 도면이다.10 is a diagram showing an example in which the sample spectrum for 0.5 ppm NaOCl after reference correction and thus the optical element position are strictly controlled.

도 11은 표 1에 열거되어 있는 참조 정정된 흡광에 대한 교정 곡선의 일 예를 나타내는 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a calibration curve for reference corrected absorbance listed in Table 1. FIG.

도 12는 참조 정정 전의 0.5ppm NaOCl에 대한 샘플 스펙트럼과 이에 따라 광학 엘리먼트 위치가 엄격히 제어되지 못한 일 예를 나타내는 도면이다.FIG. 12 is a diagram illustrating an example in which the sample spectrum for 0.5 ppm NaOCl before reference correction and thus the optical element position are not strictly controlled.

도 13은 참조 정정 후의 0.5ppm NaOCl에 대한 샘플 스펙트럼과 이에 따라 광학 엘리먼트 위치가 엄격히 제어되지 못한 일 예를 나타내는 도면이다.FIG. 13 shows an example in which the sample spectrum for 0.5 ppm NaOCl after reference correction and thus the optical element position are not strictly controlled.

도 14는 예 1 용으로 이용되는 측정 구성을 개략적으로 설명하는 도면이다.14 is a diagram schematically illustrating a measurement configuration used for Example 1. FIG.

도 15는 예 5 용으로 이용되는 핸드헬드 센서 시스템을 개략적으로 설명하는 도면이다.FIG. 15 is a schematic illustration of a handheld sensor system used for Example 5. FIG.

도 16은 예 5 용으로 이용되는 핸드헬드 센서의 투시도이다.16 is a perspective view of a handheld sensor used for Example 5. FIG.

도 17은 예 5에서 설명하는 핸드헬드 센서로 얻어지는 교정 곡선을 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the calibration curve obtained with the handheld sensor demonstrated in Example 5. FIG.

본 발명은 소정의 화학 물질의 반응 특성, 예를 들어, 다른 화학물인 선택 분석 대상물과 반응하는 물질의 특성을 활용함으로써 화학 물질의 농도를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 제 1 시약에서의 화학 변경이 야기되고, 원래의 화학 함유 물질의 흡광 특성의 변경이 발생하게 된다. 동작시, 본 발명은 흡광도, 발광, 광 산란, 또는 다른 광 기반 응답의 변경을 통해 특정 분석 대상물에 대한 테스트 엘리먼트 응답을 측정한다. 본 발명에서 설명하는 분석 대상물은 화학종(species)이지만, 본 발명은 생물학적 분석 대상물 상호 작용이 유사 테스트 엘리먼트 응답을 자극하는 생물학적 시스템을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 이러한 생물학적 시스템은, 분석 대상물 농도에 비례하여 광 응답을 자극하는 고정된 효소, 예를 들어, 에이티피아제(ATP)에 대한 발광 효소 응답일 수 있다.The present invention relates to a method and apparatus for measuring the concentration of a chemical by utilizing a reaction characteristic of a predetermined chemical, for example, the characteristic of a substance reacting with a selective analyte that is another chemical. A change is caused, and a change of the light absorption property of the original chemical containing material occurs. In operation, the present invention measures the test element response to a particular analyte through alteration of absorbance, luminescence, light scattering, or other light based response. The analytes described herein are species, but the invention may also include biological systems in which biological analyte interactions stimulate similar test element responses. For example, such a biological system can be a luminescent enzyme response to an immobilized enzyme, eg, etipiase (ATP), that stimulates the optical response in proportion to the analyte concentration.

도면을 참조해 보면, 도 1은 어댑터(4) 상으로 탈착 가능하게 장착되며 대략 유리 현미경 슬라이드 크기의 일회성 테스트 엘리먼트(2)를 포함하는 기본적인 센서 시스템을 도시하고 있다. 테스트 엘리먼트(2)는 일반적으로 1보다 큰 굴절률을 갖는 유리 또는 유기 폴리머 물질과 같은 임의의 적절히 투명한 물질로 형성된다. 테스트 엘리먼트의 일부는, 컬러 생성물을 갖기 위해 분석 대상물과 반응하는데 필요한 시약을 함유하는 얇고도 투명한 폴리머 막의 한면 또는 양면 상에 코팅된다. 시약막은, 테스트 엘리먼트를 딥 코팅(dip coating) 또는 스핀 코팅하거나 당해 기술에 알려져 있는 다른 수단에 의해 테스트 엘리먼트 상에 고정될 수 있다. 테스트 엘리먼트의 일부를 코팅하는 것에 더하여, 전체 테스트 엘리먼트를 코팅하여도 된다. 상술한 시약 물질과 조합하여, 반응성 막 코팅도 내부 흡광도 표준 또는 내부 참조를 제공하는 참조 다이를 포함하고, 이에 따라 시약 다이 막 혼합물(n2)의 굴절률이 n보다 작거나 클 수 있다. 참조 다이는 막 코팅과 혼합되어 일정한 내부 흡광 표준을 갖는 시약막 합성물을 제공하게 된다. 다시 말하면, 시약 막 합성물의 참조 다이 컴포넌트는 제1 흡광도 응답을 제공하고, 시약 자체는 제 2 흡광도 응답을 제공하여, 시약 막 합성물이 입사광 에너지에 대한 이중 광 흡광 응답(즉, 이중 광 응답)을 제공할 수 있게 된다. 그러나, 시약 자체와는 달리, 참조 다이는 분석 대상물과 반응하지 않는다. 이에 따라, 테스트 엘리먼트의 광학적 및 기계적 특성이 변경되지 않은 경우, 테스트 엘리먼트가 샘플에 노출되기 전 및 후에, 다이의 스펙트럼 프로파일은 하나의 테스트 엘리먼트로부터 다른 테스트 엘리먼트까지 일정하다. 게다가, 참조 다이 및 시약은 상이한 흡광 스펙트럼을 갖기 때문에, 참조 다이의 스펙트럼 프로파일은, 시약과 분석 대상물 간의 반응에 대한 테스트 엘리먼트 응답을 측정하는데 사용되는, 타깃 검출 파장, 또는 파장들의 범위를 감지할 수 있을 정도로 중첩되지 않는다. 참조 다이와 시약 간에 이러한 비중첩 벤치 마크 응답 차분을 제공함으로써, 시약 막 합성물은 내부 흡광 표준 또는 내부 참조를 제공하고, 이에 따라 각각의 새로운 분석 세트 전에 외부 교정 및 장치 교정을 필요로 하지 않는 내부 이중 광 응답을 제공하게 된다. 상세히 후술하는 바와 같이, 내부 참조도 장치에서 장치로의 응답 변동을 최소화하여, 테스트 결과의 정밀도에 최소한의 영향을 끼치면서 상당한 제조 및 유지 비용 이점을 제공한다는 것을 이해할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 특징 및 피처(feature)는 비용 효율적인 생산, 조립, 및 소형화에 적합하다. 상술한 내부 참조는 색채계 다이이지만, 이것은 단지 가능한 많은 실시예들 중 하나일 뿐이다. 분석 대상물 검출 화학물과 반응하지 않으며 검출 스펙트럼 밖의 스펙트럼 응답을 갖는 임의의 표준이 내부 표준으로서 기능할 수 있다. 이 물질은, 필요로 하는 스펙트럼 응답을 생성하고 막 변동으로 인한 에러를 정정하는데 사용될 수 있는 무기 합성물, 안료, 다이, 또는 마이크로-나노입자일 수 있다.Referring to the drawings, FIG. 1 shows a basic sensor system detachably mounted onto an adapter 4 and comprising a one-time test element 2 of approximately glass microscope slide size. The test element 2 is generally formed of any suitably transparent material such as glass or organic polymer material having a refractive index of greater than one. Part of the test element is coated on one or both sides of a thin, transparent polymer membrane containing the reagents needed to react with the analyte to have a color product. The reagent film may be immobilized on the test element by dip coating or spin coating the test element or by other means known in the art. In addition to coating a portion of the test element, the entire test element may be coated. In combination with the reagent materials described above, the reactive membrane coating also includes a reference die that provides an internal absorbance standard or internal reference, such that the refractive index of the reagent die membrane mixture n 2 may be less than or greater than n. The reference die is mixed with the membrane coating to provide a reagent membrane composite with a constant internal absorption standard. In other words, the reference die component of the reagent film composite provides a first absorbance response and the reagent itself provides a second absorbance response such that the reagent film composite provides a dual light absorbance response (i.e., dual light response) to incident light energy. It can be provided. However, unlike the reagents themselves, the reference die does not react with the analyte. Thus, if the optical and mechanical properties of the test element have not changed, the spectral profile of the die is constant from one test element to another before and after the test element is exposed to the sample. In addition, since the reference die and the reagent have different absorption spectra, the spectral profile of the reference die can detect the target detection wavelength, or range of wavelengths, used to measure the test element response to the reaction between the reagent and the analyte. Not overlapping enough. By providing this non-overlapping benchmark response difference between the reference die and the reagents, the reagent membrane composite provides an internal absorbance standard or internal reference, thus eliminating the need for external calibration and device calibration before each new set of assays. Will provide a response. As will be described in detail below, it will be appreciated that internal reference also minimizes response variation from device to device, providing significant manufacturing and maintenance cost advantages with minimal impact on the precision of test results. As a result, the features and features of the present invention are suitable for cost-effective production, assembly, and miniaturization. The above internal reference is a colorimetric die, but this is only one of many possible embodiments. Any standard that does not react with the analyte detection chemical and has a spectral response outside the detection spectrum may function as an internal standard. This material can be an inorganic compound, pigment, die, or micro-nanoparticle that can be used to generate the required spectral response and correct errors due to film variation.

도 1을 참조하면, 장착 어댑터(4)는, LED, 레이저 다이오드, 또는 소형 전구와 같이 광 에너지(21)를 방출할 수 있는 임의의 수단일 수 있는 적어도 하나의 광원(6)을 포함한다. 어댑터(4)는, 광 에너지(22)를 검출할 수 있으며 이 에너지를 타깃 분석 대상물 또는 복수의 타깃 분석 대상물에 대한 테스트 엘리먼트 응답을 나타내는 전기 출력 신호로 변환할 수 있는 임의의 수단일 수 있는 적어도 하나의 광검출기(8)를 더 포함한다. 이러한 전기 출력 신호는 회로 와이어(14)를 통해 신호 변환기(5)로 전송된다. 광다이오드, 마이크로머신 광 배율 튜브, 또는 광셀과 같이 당해 기술에 널리 알려져 있는 상업용으로 이용가능한 많은 광검출기를 이용하여 필요로 하는 성능을 얻을 수 있다는 것을 이해할 수 있다.Referring to FIG. 1, the mounting adapter 4 comprises at least one light source 6, which may be any means capable of emitting light energy 21, such as an LED, a laser diode, or a small bulb. The adapter 4 may at least be capable of detecting light energy 22 and may be any means capable of converting this energy into an electrical output signal representing a test element response to a target analyte or a plurality of target analytes. It further comprises one photodetector 8. This electrical output signal is transmitted to the signal converter 5 via the circuit wire 14. It will be appreciated that the performance required may be achieved using many commercially available photodetectors well known in the art, such as photodiodes, micromachined light magnification tubes, or photocells.

어댑터(4)는 테스트 엘리먼트(2)를 정렬하여 광원(6) 및 광검출기(8)에 대하여 적합한 재생가능 위치에 위치시키는 고정 수단(44)을 더 포함한다. 상세히 후술하는 바와 같이, 본 발명은 테스트 엘리먼트의 제어 및 엄격한 위치 설정을 제공하는데 있어서 고정 수단(44)을 필요로 하지 않는다. 대신에, 광원 및 광검출기에 대하여 테스트 엘리먼트(2)의 적당하거나 적합한 제어가 정밀하고도 재생가능 흡광 결과를 얻는데 있어서 효과적이라는 점을 발견하였으며, 이에 따라 제조, 유지 보수, 및 조립 요구 사항에 있어서 비용 이점을 제공하게 된다.The adapter 4 further comprises a fixing means 44 which aligns the test element 2 and places it in a suitable reproducible position with respect to the light source 6 and the photodetector 8. As will be described in detail below, the present invention does not require fastening means 44 in providing control and strict positioning of the test elements. Instead, it has been found that proper or suitable control of the test element 2 with respect to the light source and photodetector is effective in obtaining accurate and reproducible absorbance results, and thus in manufacturing, maintenance, and assembly requirements. Provide a cost advantage.

전원 스위치(9)가 활성화된 동작시, 광원(6)은 콜리메이트되지 않고 초점이 맞춰지지 않은 광 빔을 생성한다. 도 3에 도시되어 있듯이, 콜리메이트되지 않고 초점이 맞춰지지 않은 광 빔은 상이한 각도들에서, 즉, 테스트 엘리먼트의 임계 각도보다 크고 작은 각도들에서 테스트 엘리먼트와 충돌한다. 상세히 후술하는 바와 같이, 입사광 에너지의 일부는 테스트 엘리먼트 상에 고정된 시약 막 합성물과 반응한다. 일단 이러한 입사광 에너지가 시약 막 합성물을 통해 전달되면, 광검출기는 한 쌍의 광 응답 스펙트럼을 검출할 수 있으며, 즉, 광검출기는 내부 참조 다이만으로부터의 제1 광 응답, 및 시약 막 자체로부터의 제2 광 응답을 검출하고, 이에 따라 그 장치는 입사광 테스트 엘리먼트 상호작용으로부터 이중 광 응답을 검출할 수 있게 된다. 이러한 방식으로, 각각의 새로운 분석 세트 전에 외부 교정 없이 테스트 엘리먼트 광 응답 스펙트럼에서의 임의의 변경을 검출하고 측정할 수 있다. 게다가, 입사광 빔의 콜리메이트되지 않고 초점이 맞춰지지 않은 속성으로 인 해, 비교적 정밀한 테스트 결과를 제공하는데 있어서 고정 수단(44)에 의한 테스트 엘리먼트의 위치 설정 및 엄격한 제어가 필요하지 않다는 것을 알 수 있다. 대신에, 고정 수단(44)은 테스트 엘리먼트(2)의 적정하거나 적합한 위치 제어를 제공하기만 되므로, 제조 프로세스에서의 비용 절약이 가능하다.When the power switch 9 is activated, the light source 6 generates a light beam that is not collimated and out of focus. As shown in FIG. 3, the collimated and unfocused light beam collides with the test element at different angles, ie at angles greater than and less than the critical angle of the test element. As described in detail below, some of the incident light energy reacts with the reagent film composite immobilized on the test element. Once this incident light energy is delivered through the reagent film composite, the photodetector can detect a pair of light response spectra, i.e., the photodetector can detect the first light response from the internal reference die only, and from the reagent film itself. The second optical response is detected and the device is thus capable of detecting the dual optical response from the incident light test element interaction. In this way, any change in the test element optical response spectrum can be detected and measured without external calibration before each new analysis set. In addition, it can be seen that due to the collimated and unfocused nature of the incident light beam, the positioning and strict control of the test element by the fastening means 44 is not necessary to provide a relatively precise test result. . Instead, the fastening means 44 only provide proper or suitable position control of the test element 2, thus saving costs in the manufacturing process.

어댑터(4)는 센서 시스템에 전력을 공급하는 배터리(7)를 더 포함하며, 당업자라면 다른 많은 수단을 이용하여 센서 시스템에 전력을 공급해도 된다는 것을 이해할 것이다. 또한, 신호 변환기(5)가 신호 처리 유닛(10)과 통신할 수 있게 하여 광검출기(8)에 의해 생성되는 전기 출력 신호를 처리하고 전자적으로 저장할 수 있는 적절한 전자 수단을 제공한다. 당해 기술에 널리 알려져 있는 많은 구성을 활용하여 인터페이스(12)를 통해 외부 처리 유닛(10), 예를 들어, 핸드헬드 컴퓨터, PDA, 또는 다른 무선 전송 장치와 통신할 수 있는 실시예를 포함하여 상술한 실시예와 동일한 성능을 얻을 수 있음을 이해할 수 있다. 게다가, 내장 처리 유닛(도시하지 않음)을 포함하는 실시예를 이용할 수도 있음을 이해할 수 있다.The adapter 4 further includes a battery 7 for powering the sensor system, and those skilled in the art will understand that many other means may be used to power the sensor system. It also provides a suitable electronic means by which the signal converter 5 can communicate with the signal processing unit 10 to process and electronically store the electrical output signal produced by the photodetector 8. It is described in detail above, including embodiments capable of communicating with an external processing unit 10, such as a handheld computer, a PDA, or other wireless transmission device, via an interface 12 utilizing many configurations well known in the art. It will be appreciated that the same performance as in one embodiment can be obtained. In addition, it is to be understood that embodiments including embedded processing units (not shown) may be used.

예를 들어, 광원(6)은 탈착 가능한 테스트 엘리먼트(2)의 에지 부근에 위치하여 광원으로부터 방출된 입사광 파장(21)이 테스트 엘리먼트의 에지(23)에 충돌하며, 여기서 도 1에 도시되어 있듯이 콜리메이트되지 않고 초점이 맞춰지지 않은 광원으로부터의 광 빔이 복수의 상이한 각도들에서 테스트 엘리먼트에 충돌하지만, 이러한 예로 한정되지 않는다. 기판(n2)의 굴절률로부터 테스트 엘리먼트의 임계각을 계산하고 식(Θc = sin-1(n2/n1))으로부터 공기(n1)의 굴절률을 계산할 수 있다는 것은 널리 알려져 있으며, 여기서 Θc는 임계각이다. 도 3을 참조하면, 발산 광 빔(21)은 약 45°로 테스트 엘리먼트의 에지로 향한다. 광 빔(21)이 콜리메이트되지 않고 초점이 맞춰지지 않은 상태이기 때문에, 입사 광자들(21) 중 일부는 임계각보다 큰 각도로 테스트 엘리먼트(2)에 충돌하는 한편, 다른 입사 광자들은 임계각보다 작은 각도로 테스트 엘리먼트에 충돌한다. 광자들(21)의 입사각이 임계각(Θc)보다 큰 경우, 광 빔은 막-공기 인터페이스에서 모두 반사된다. 이러한 현상을 전반사라 칭한다. 반면에, 광 빔의 입사각이 Θc보다 작은 경우, 입사광 빔은 막-공기 인터페이스에서 부분적으로 반사된다. 이러한 현상을 부분 반사라 칭한다.For example, the light source 6 is located near the edge of the detachable test element 2 such that the incident light wavelength 21 emitted from the light source impinges on the edge 23 of the test element, as shown in FIG. 1. Light beams from uncollimated and unfocused light sources impinge on the test element at a plurality of different angles, but are not limited to this example. It is widely known that the critical angle of the test element can be calculated from the refractive index of the substrate n 2 and the refractive index of air n 1 can be calculated from the equation (Θ c = sin −1 (n 2 / n 1 )), where Θ c is the critical angle. Referring to FIG. 3, the divergent light beam 21 is directed to the edge of the test element at about 45 °. Since the light beam 21 is not collimated and out of focus, some of the incident photons 21 impinge on the test element 2 at an angle greater than the critical angle, while other incident photons are smaller than the critical angle. Crash the test element at an angle. If the angle of incidence of the photons 21 is greater than the critical angle Θ c , the light beams are all reflected at the membrane-air interface. This phenomenon is called total reflection. On the other hand, when the incident angle of the light beam is smaller than Θ c , the incident light beam is partially reflected at the film-air interface. This phenomenon is called partial reflection.

전반사의 경우, 광 빔(21)의 일부가 테스트 엘리먼트의 막-공기 인터페이스에서 전반사되지만, 반사된 광 에너지의 일부는 막을 관통하여 인터페이스에 평행한 짧은 거리를 이동한 것처럼 기판으로 재진입할 수 있다. 이 에너지를 도 3에 도시한 바와 같이 에버네센트(evanescent) 필드 또는 에버네센트파(20E)라 칭한다. 반응성 막 코팅(18)이 테스트 엘리먼트의 표면상에 고정되어 있기 때문에, 에버네센트파(20E)의 일부는 기판-막 인터페이스에서 막 코팅(18)에 의해 흡수(감쇄)된다. 이러한 현상을 감쇄 전반사(ATR)라 칭한다. 부분 반사의 경우, 입사광 빔(21)의 부분적으로 반사된 광자들이 유사하게 에버네센트파(20E)를 형성할 수 있고 막 코팅에 의해 흡수될 수 있는 한편, 반사되지 않은 나머지 광자들은 주위 환경으로 손실될 수 있다. 이러한 현상을 감쇄 부분 반사(APR)라 칭한다. APR의 효 율성을 증가하기 위해, 반사 코팅(19)을 테스트 엘리먼트의 단부 상에 고정할 수 있고, 이에 따라 테스트 엘리먼트의 본체를 관통한 반사되지 않은 입사광(20)이 반사 코팅(19)에 대하여 반사될 수 있고 테스트 엘리먼트를 통해 다시 산란될 수 있다. 결국, 이러한 내부 반사 광자들(20)의 일부에는 다른 기회가 제공되며, 즉, 테스트 엘리먼트의 표면에서 막 코팅(18)과 반응하고 에버네센트파를 형성하는 두 번째 기회가 주어진다. 이에 따라, 본 발명은 ATR 및 APR 모두로부터의 컴포넌트를 포함하기 때문에, 값비싼 광학 장치나 결합 요구 사항을 필요로 하지 않고서 입사광 빔(21)의 효율성을 개선할 수 있으며, 이에 따라 널리 알려져 있는 ATR 시스템보다 이점을 제공할 수 있게 된다.In the case of total reflection, a portion of the light beam 21 is totally reflected at the film-air interface of the test element, but some of the reflected light energy may reenter the substrate as though it traveled a short distance parallel to the interface through the membrane. This energy is referred to as an evanescent field or evernetcent wave 20E as shown in FIG. Since the reactive film coating 18 is fixed on the surface of the test element, a portion of the Evernetcent Wave 20E is absorbed (attenuated) by the film coating 18 at the substrate-film interface. This phenomenon is called attenuation total reflection (ATR). In the case of partial reflection, the partially reflected photons of the incident light beam 21 can similarly form the Evernetcent wave 20E and can be absorbed by the film coating, while the remaining unreflected photons are directed to the surrounding environment. Can be lost. This phenomenon is called attenuated partial reflection (APR). In order to increase the effectiveness of the APR, the reflective coating 19 can be fixed on the end of the test element so that the unreflected incident light 20 through the body of the test element is directed against the reflective coating 19. It can be reflected and scattered back through the test element. As a result, some of these internally reflected photons 20 are given another opportunity, ie a second opportunity to react with the film coating 18 at the surface of the test element and form an Evernetcent wave. Thus, since the present invention includes components from both ATR and APR, it is possible to improve the efficiency of the incident light beam 21 without the need for expensive optics or coupling requirements, and thus the widely known ATR. It can provide an advantage over the system.

도 3을 다시 참조하면, 에버네센트파(20E)가 테스트 엘리먼트의 표면을 따라 진행하기 때문에, 이러한 에너베센트 광자들 중 일부는 반응성 막(18)에 함유된 분자들과 반응할 수 있다. 이러한 상호작용으로 인해 에버네센트 광자들 중 일부가 반응성 막의 분자 구조에 의해 흡수된다. 이에 따라, 반응성 막(18)에 의해 흡수되는 것을 충분히 피할 수 있으며 그렇지 않은 경우 환경으로 인해 손실되지 않는 광자들(22)을 결국 광검출기(8)에 의해 검출될 수 있는 테스트 엘리먼트로부터 투과할 수 있다. 결국 테스트 엘리먼트로부터 투과되는 광자들(22)의 수는 입사광 빔(21)의 흡광 레벨에 의존하기 때문에, 광검출기에 의해 생성되는 전기 신호를 활용하여 반응성 막의 흡광 퍼센트를 가리킬 수 있다. 일단 최종 광 응답의 상대적 강도를 알려져 있는 참조 데이터와 비교하게 되면, 샘플 물질의 분석 대상물 농도를 검출하고 결정할 수 있다.Referring again to FIG. 3, some of these energetic photons may react with molecules contained in the reactive film 18 as the Evernescent wave 20E runs along the surface of the test element. This interaction causes some of the Evernetescent photons to be absorbed by the molecular structure of the reactive membrane. Accordingly, absorption by the reactive film 18 can be sufficiently avoided, otherwise photons 22 which are not lost due to the environment can be transmitted from the test element which can eventually be detected by the photodetector 8. have. As a result, the number of photons 22 transmitted from the test element depends on the absorbance level of the incident light beam 21, so that the electrical signal generated by the photodetector can be utilized to indicate the percent absorbance of the reactive film. Once the relative intensity of the final light response is compared with known reference data, the analyte concentration of the sample material can be detected and determined.

상술한 바와 같이, 전원 스위치(9)가 활성화되고 광 빔(20)이 테스트 엘리먼트상으로 투영될 때, 광검출기는 테스트 엘리먼트로부터 이중 광 응답(22)을 수신하게 된다. 이러한 응답 곡선이 도 5에 도시되어 있다. 여기서, 라인(100)은 테스트 엘리먼트가 샘플 분석 대상물에 노출되기 전에 막 코팅의 광 응답을 나타내고, 라인(200)은 테스트 엘리먼트가 샘플 분석 대상물에 노출된 후 막 코팅의 이중 광 응답을 나타낸다. A0는 파장(λ2)에서의 막 코팅만의 흡광 레벨을 나타낸다. A1에서의 제1 피크는 노출 전 파장(λ1)에서의 내부 참조 다이의 흡광 레벨을 나타내고, A2는 노출 후 내부 참조의 흡광 레벨을 나타낸다. 노출 동안 테스트 엘리먼트의 광학적 및 기계적 특성들이 변경되지 않았다면 A1 및 A2 값은 동일하다. A3에서의 피크는, 테스트 엘리먼트가 샘플 분석 대상물에 노출된 후 파장(λ2)에서의 막 코팅의 흡광 레벨을 나타낸다. 샘플 물질이 샘플에 존재하는 물질의 농도에 비례하여 광을 흡수한다고 알려져 있다면, 흡광 레벨들(A3 및 A0) 간의 차이가 샘플 물질의 분석 대상물 농도에 비례한다는 것을 알 수 있다. λ1에 집중된 내부 참조의 흡광 레벨(A1, A2)을 고려함으로써, 일반적인 공식에 따라 시약 막 코팅의 흡광 레벨을 교정할 수 있다.As described above, when the power switch 9 is activated and the light beam 20 is projected onto the test element, the photodetector will receive a dual light response 22 from the test element. This response curve is shown in FIG. Here, line 100 represents the optical response of the membrane coating before the test element is exposed to the sample analyte, and line 200 represents the dual optical response of the membrane coating after the test element is exposed to the sample analyte. A 0 represents the absorbance level of the film coating only at the wavelength λ 2 . The first peak at A 1 represents the absorption level of the internal reference die at the wavelength λ 1 before exposure and A 2 represents the absorption level of the internal reference after exposure. The A 1 and A 2 values are identical unless the optical and mechanical properties of the test element have changed during exposure. The peak at A 3 represents the absorbance level of the film coating at wavelength λ 2 after the test element is exposed to the sample analyte. If the sample material is known to absorb light in proportion to the concentration of the material present in the sample, it can be seen that the difference between the absorbance levels A 3 and A 0 is proportional to the analyte concentration of the sample material. By taking into account the absorbance levels A 1 , A 2 of the internal reference concentrated at λ 1 , the absorbance levels of the reagent membrane coating can be corrected according to the general formula.

Figure 112006051603274-pct00001
Figure 112006051603274-pct00001

여기서, Acorrected는 시약 막 코팅의 정규화된 흡광 레벨을 나타낸다. 곡선하 에서의 피크 대 피크비 또는 영역 비교와 같이 다른 많은 절차를 이용하여 응답 곡선을 정규화하여도 된다는 것을 이해할 수 있다.Where A corrected represents the normalized absorbance level of the reagent film coating. It will be appreciated that many other procedures may be used to normalize the response curve, such as peak-to-peak ratio or area comparison under the curve.

흡광도를 계산하기 위해, 시약 막을 코팅하기 전에 테스트 엘리먼트의 λ1 및 λ2에서의 블랭크 신호 출력을 알아야 한다. 폴리머 막 없이 테스트 엘리먼트를 로딩할 때 광다이오드 신호를 측정함으로써 신호 센서 응답을 얻을 수 있다. 블랭크 응답을 프로세서에 저장할 수 있다. 다음의 설명에서 최종 결과(Acorrected)가 블랭크 응답과 무관하다는 것이 명확해질 것이다. 블랭크 응답을 알게 됨으로써 노출 전 테스트 엘리먼트의 흡광 레벨이 광다이오드에 의해 측정되는 볼트나 암페어가 아닌 흡광 유닛으로서 표현될 수 있다.To calculate the absorbance, the blank signal output at λ 1 and λ 2 of the test element must be known before coating the reagent film. The signal sensor response can be obtained by measuring the photodiode signal when loading the test element without the polymer film. The blank response can be stored in the processor. In the following description it will be clear that the final result (A corrected ) is independent of the blank response. By knowing the blank response, the absorbance level of the test element before exposure can be expressed as an absorbance unit rather than the volts or amps measured by the photodiode.

바람직한 동작 모드에서, 폴리머 코팅된 테스트 엘리먼트(2)를 고정 수단(44)에 의해 어댑터(4)에 탈착 가능하게 장착한다. 상술한 바와 같이, 고정 수단(44)은 광원 및 광검출기에 대하여 적절히 재생가능한 위치에 테스트 엘리먼트를 정렬 및 위치시킨다. 광원 및 광검출기에 대한 테스트 엘리먼트 및 입사광 각도의 엄격한 제어는 필요하지 않다. 가변 라이팅(lighting) 상태들을 보상하기 위해, 샘플 테스트 사이트에서 오퍼레이터가 광원을 활성화하여 코팅된 테스트 엘리먼트로부터의 대응하는 반사 강도를 한번 기록한다. 이 단계 동안 측정되는 광 응답 스펙트럼을 베이스라인 강도라 칭한다.In a preferred mode of operation, the polymer coated test element 2 is detachably mounted to the adapter 4 by means of fastening means 44. As mentioned above, the fixing means 44 align and position the test element at a position that is appropriately reproducible with respect to the light source and the photodetector. Tight control of the test element and incident light angles for the light source and photodetector is not necessary. To compensate for variable lighting conditions, the operator activates the light source at the sample test site to record the corresponding reflection intensity from the coated test element once. The optical response spectrum measured during this step is called baseline intensity.

베이스라인 강도 응답을 확립한 후, 오퍼레이터는, 막 코팅의 확산성에 의존하여, 소정의 주기 동안, 예를 들어, 1 내지 3분 동안, 코팅된 테스트 엘리먼트를 화학적 또는 생물학적 샘플 물질에 노출한다. 다음으로, 오퍼레이터는 샘플로부터 테스트 엘리먼트를 제거하고, 과도한 액체 샘플을 테스트 엘리먼트로부터 흘러내리게 또는 흘려 제거시킨다. 이 단계를 0 내지 5분 동안 행할 수 있다. 이 주기 후에, 오퍼레이터는 광원을 다시 활성화하여 대응하는 샘플 노출된 테스트 엘리먼트로부터의 반사 강도를 기록한다. 이 단계 동안 측정된 광 응답을 샘플 강도라 칭한다.After establishing the baseline intensity response, the operator exposes the coated test element to the chemical or biological sample material for a predetermined period of time, for example, 1 to 3 minutes, depending on the diffusivity of the membrane coating. Next, the operator removes the test element from the sample and removes excess liquid sample from the test element by dripping or flowing it. This step can be done for 0 to 5 minutes. After this period, the operator reactivates the light source to record the reflection intensity from the corresponding sample exposed test element. The optical response measured during this step is called sample intensity.

상술한 분석을 계속하여, 블랭크, 베이스라인, 샘플 및 내부 참조 응답 강도를 나타내는 누적 데이터를 처리하고 검사중인 특정 분석 대상물의 예상 스펙트럼 응답에 대응하는 알려져 있는 화학 참조 데이터와 조합한다. 아래의 예 1 내지 5에서 더 상세히 도시하고 설명하듯이, 테스트 엘리먼트를 분석 대상물에 노출한 후 광 응답의 강도를 테스트 엘리먼트를 분석 대상물에 노출하기 전의 광 응답의 강도와 비교함으로써, 샘플 물질의 분석 대상물 농도를 측정할 수 있다.The analysis described above is continued to process cumulative data indicative of the blank, baseline, sample and internal reference response intensities and combine with known chemical reference data corresponding to the expected spectral response of the particular analyte under examination. As shown and described in more detail in Examples 1-5 below, analysis of the sample material by comparing the intensity of the optical response after exposing the test element to the analyte to the intensity of the optical response prior to exposing the test element to the analyte Object concentrations can be measured.

상술한 시스템은 종래의 광학 장치로 수행되는 광도계 측정을 나타낸다. 본 발명에 의해 활용되는 다중각 산란 유도 흡광 측정 기술의 결과로, 막에 대한 종래의 투과 측정 기술보다 높은 감도로 그 막에 대하여 정밀하고도 재생가능한 흡광 측정을 얻을 수 있다. 이것은 종래의 투과 흡광 측정 기술이 원 패스(one pass)로서 특징지어질 수 있기 때문이다. 즉, 종래의 투과 기술에서 입사 광자들이 검사중인 물질을 통해 한번 통과하여, 그 광자들이 최소한의 굴절 및 산란으로 기판을 통해 전달될 때 테스트 엘리먼트와 반응하는 단일 기회를 가질 수 있다. 반면에, 도 3에 도시되어 있듯이, 본 발명은 다중각 산란 방식을 활용하고 이에 따라 입사 광자들(21)이 테스트 엘리먼트 내에서 산란하며 반사 코팅(19)에 대하여 반사하게 되며, 이에 따라 입사 광자들중 일부가 테스트 엘리먼트를 통해 다중 패스를 얻게 된다. 이 다중각 산란 방식은 에베네센트 광자들(20E)이 결국 기판 표면상의 막 코팅과 반응하는 가능성을 증가한다. 이처럼, 입사 광자가 자신의 초기 패스시 기판 표면에서 소실된다면, 그 동일 광자가 테스트 엘리먼트 내에서 산란하여 결국 기판 표면 측으로 다시 반사될 가능성이 높으며, 이에 따라 이러한 광자에 기판 표면에서 소실하여 결국 막 코팅에 의해 흡수될 다른 기회가 주어진다. 이에 따라, 종래의 투과 기술과 비교할 때 소정량의 광 에너지가 더 큰 비율의 흡수 이벤트를 얻을 수 있고, 이에 따라 입사광의 상대 흡광 퍼센트를 증가하고 감지 장치의 최종 감도를 개선한다.The system described above represents photometric measurements performed with conventional optical devices. As a result of the multi-angle scattering induced absorption measurement technique utilized by the present invention, accurate and reproducible absorption measurements can be obtained for the membrane with higher sensitivity than conventional transmission measurement techniques for the membrane. This is because conventional transmission absorbance measurement techniques can be characterized as one pass. That is, in conventional transmission techniques, incident photons can pass through the material under inspection once and have a single chance to react with the test element when they are passed through the substrate with minimal refraction and scattering. On the other hand, as shown in FIG. 3, the present invention utilizes a multi-angle scattering scheme whereby incident photons 21 scatter within the test element and reflect on the reflective coating 19, thus incident photons Some of them get multiple passes through the test element. This multi-angle scattering approach increases the likelihood that the Ebenesent photons 20E eventually react with the film coating on the substrate surface. As such, if an incident photon is lost at the substrate surface during its initial pass, it is likely that the same photon will scatter within the test element and eventually reflect back to the substrate surface, thus causing such photons to be lost at the substrate surface and eventually to coat the film. There is another chance to be absorbed by. Thus, a certain amount of light energy can obtain a larger proportion of absorption events compared to conventional transmission techniques, thereby increasing the relative absorption percentage of incident light and improving the final sensitivity of the sensing device.

동일한 주요 컴포넌트들의 많은 구성으로 상술한 실시예와 동일한 성능을 얻을 수 있다는 점에 주목하길 바란다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 여기서, 분리 영역(3) 및 감지 영역(5)을 포함하는 다중-구획적 광학 테스트 엘리먼트(2A)가 도시되어 있다. 분리 영역은 여러 감지 영역들에서 반사될 수 있는 산란 광을 흡수함으로써 감지 영역들 간의 장벽으로서 기능하고, 이에 따라 감지 영역들 간의 상호작용 잡음을 줄이게 된다. 각 감지 영역은 자신의 고유한 내부 화학적 성질을 포함하는 독립적인 반응 막 코팅을 활용한다. 이러한 반응 막 코팅 각각 및 이에 따르는 화학적 성질들은 샘플 용액에서 관심을 갖는 특정 분석 대상물로부터 독립적인 이중 광 (스펙트럼) 응답을 제공하는데 효과적이다. 이에 따라, 단일 테스트 엘리먼트 상에서 복수의 분석 대상물을 동시에 테스트할 수 있다. 게다가, 분리 영역들(3)이 분리 개선을 위해 관통될 수 있다는 것을 발견하였으며, 이에 따라 테스트 엘리먼트의 효율성을 증가한다.Note that many configurations of the same main components can achieve the same performance as the above-described embodiment. For example, another embodiment of the present invention is shown in FIG. Here, a multi-compartment optical test element 2A is shown which comprises an isolation region 3 and a sensing region 5. The isolation region acts as a barrier between the sensing regions by absorbing scattered light that may be reflected in the various sensing regions, thereby reducing the interaction noise between the sensing regions. Each sensing area utilizes an independent reactive membrane coating that contains its own internal chemical properties. Each of these reaction membrane coatings and the resulting chemical properties are effective in providing a dual light (spectrum) response independent of the particular analyte of interest in the sample solution. Thus, multiple analytes can be tested simultaneously on a single test element. In addition, it has been found that the separation regions 3 can be penetrated for improved separation, thereby increasing the efficiency of the test element.

다중-구획적 테스트 엘리먼트의 동작이 용이하도록, 독립 감지 영역들의 각각에 대하여 독립 광원 및 광검출기 쌍을 제공할 수 있다는 점을 고려하고, 이에 따라 각 광원 및 검출기 쌍은 여러 감지 영역들의 각각으로부터 적절한 이중 광 응답을 생성할 수 있다. 다른 방법으로, 단일 광원 및 광검출기는 독립적 감지 영역들의 각각으로부터 적절한 이중 광 (스펙트럼) 응답을 생성 및 검출하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 여러 감지 영역들의 각각에 의해 생성되는 독립적 전기 신호는 처리 유닛(10)에 의해 당해 기술에 알려져 있는 방식으로 조합 및 멀티플렉싱되어 복수의 분석 대상물을 단일 일회성 테스트 엘리먼트로 검출 및 정량화할 수 있다.It is contemplated that an independent light source and photodetector pair may be provided for each of the independent sensing regions so that the operation of the multi-compartment test element is easy, so that each light and detector pair is appropriate from each of the various sensing regions. It can produce a dual optical response. Alternatively, a single light source and photodetector can be configured to generate and detect an appropriate dual light (spectral) response from each of the independent sensing regions. In this case, an independent electrical signal generated by each of the various sensing regions can be combined and multiplexed in a manner known in the art by the processing unit 10 to detect and quantify a plurality of analytes as a single one-time test element. .

도 4는 다중-구획적 테스트 엘리먼트를 용이하게 하는 장치를 나타낸다. 이 장치는 도 1에 도시한 시스템과 동일한 기본적인 컴포넌트들을 포함하고 있다. 도 4의 예시적인 실시예는 어댑터(4A)의 양측 상에 장착될 수 있는 광원(6)과 광검출기(8)의 여러 쌍들을 포함한다. 다중-구획적 테스트 엘리먼트(2A)는 고정 수단(44) 상으로 장착된다. 여기서, 고정 수단(44)은 미니어처 모션 슬라이드(66)의 이동 캐리지에 부착된다. 모션 슬라이드는 테스트 엘리먼트를 어댑터 내부로 회수할 수 있으며 흡광 측정을 위해 테스트 엘리먼트를 광원/광검출기 쌍과 정렬하도록 기능한다. 광검출기에 의해 생성되는 전기적 출력 신호를 처리하고 전자적으로 저장할 수 있도록 장치를 제어하는 적절한 전자 수단(77)을 제공한다.4 illustrates an apparatus that facilitates multi-compartment test elements. The apparatus includes the same basic components as the system shown in FIG. The exemplary embodiment of FIG. 4 includes several pairs of light source 6 and photodetector 8 that can be mounted on both sides of adapter 4A. The multi-compartment test element 2A is mounted onto the fastening means 44. Here, the fixing means 44 is attached to the moving carriage of the miniature motion slide 66. The motion slide can retrieve the test element into the adapter and function to align the test element with the light source / photodetector pair for absorbance measurements. Appropriate electronic means 77 are provided to control the device to process and electronically store the electrical output signal generated by the photodetector.

또한, 본 발명은 온도(예를 들어, 서미스터를 이용), 상대 습도(예를 들어, 용량성 습도 센서를 이용), 및 대기압(예를 들어, MEMS 압력 센서를 이용)과 같은 주변 대기 상태에 대한 정보를 제공하는데 사용될 수 있으며 당해 기술에 널리 알려져 있는 추가 센서들의 활용을 고려한다.The invention also relates to ambient atmospheric conditions such as temperature (e.g., using a thermistor), relative humidity (e.g., using capacitive humidity sensors), and atmospheric pressure (e.g., using MEMS pressure sensors). Consider the use of additional sensors that may be used to provide information and are well known in the art.

다른 실시예에서, 화학 센서 시스템은 센서 어레이의 기능성 및 정량 기능을 개선하도록 동적 패턴 인식 시스템을 고려한다. 센서 어레이의 기능성은 센서의 필요한 환경 노출의 종료를 나타내는 수단을 포함함으로써 개선된다. 예를 들어, 센서가 회수될 준비가 되어 있으며 정량 정보를 제공할 준비가 되어 있음을 알람(예를 들어, 비프음)이 가리킬 때까지 센서를 물 샘플 내에 담근다. 이러한 시스템의 동작 원리는 센서 응답의 동적 신호 분석의 사용에 기초하고 있다. 특히, 본 발명에서의 센서는, 농도 레벨을 정량화하기 위해 샘플이 센서와 반응할 때 비가역 센서 화학적 성질들의 응답의 변경 비율을 추적함으로써 특정 주기 동안 동적 데이터를 수집할 수 있다. 따라서, 본 발명의 센서는, 회수 후 신호가 측정될 때 단지 샘플에 노출되고 추후에 회수되는 센서와 비교하여 더 많은 정보를 갖는다. 이렇게 수집된 동적 데이터를, 노출 동안 신호의 초기 경사, 중간 경사, 및 최종 경사와 같이 알려져 있는 파라미터용으로 분석할 수 있다. 이러한 동적 파라미터들을 이용하여 스테디 스테이트 응답에 도달하는 때를 가리킬 수 있다. 스테디 스테이트가 적절한 주기에 도달되지 못하면, 동적 파라미터들을 이용하여 분석 대상물 농도를 정량화할 수 있다. 또한, 화학적 센서 응답의 경사는 균형 엔드 포인트보다 민감할 수 있고, 여기서 설명하는 센서 시스템용으로 감도가 증가하게 된다.In another embodiment, the chemical sensor system considers a dynamic pattern recognition system to improve the functionality and quantification of the sensor array. The functionality of the sensor array is improved by including means for indicating the end of the required environmental exposure of the sensor. For example, the sensor is immersed in the water sample until an alarm (eg beep) indicates that the sensor is ready to be recovered and ready to provide quantitative information. The principle of operation of such a system is based on the use of dynamic signal analysis of sensor response. In particular, the sensor in the present invention can collect dynamic data for a particular period by tracking the rate of change in the response of irreversible sensor chemistries as the sample reacts with the sensor to quantify the concentration level. Thus, the sensor of the present invention has more information compared to a sensor that is only exposed to a sample and later retrieved when the signal after recovery is measured. The collected dynamic data can then be analyzed for known parameters such as initial slope, intermediate slope, and final slope of the signal during exposure. These dynamic parameters can be used to indicate when a steady state response is reached. If the steady state does not reach the appropriate period, dynamic parameters can be used to quantify the analyte concentration. In addition, the slope of the chemical sensor response may be more sensitive than the balanced endpoint, resulting in increased sensitivity for the sensor system described herein.

또 다른 실시예에서, 센서는 센서가 샘플로부터 회수된 후 분석 완료 시간을 나타내는 또 다른 알람을 포함한다. 이것은 상이한 센서 영역들로부터의 상이한 신호 복구율들에 의해 제공되며, 이것은 센서 화학적 성질, 가역성, 및 주변 대기 상태에 의존한다. 당업자라면 알 수 있듯이, 많은 적절한 전자, 집적 회로 및/또는 마이크로프로세서 수단을 구성하여 상술한 센서 및 타이머 알람 피처를 제공하여 상술한 실시예에서의 동적 센서 응답 데이터의 수집을 얻을 수 있다. 도 15에 도시한 일 실시예에서, 비주얼 베이직® 컴퓨터 프로그램을 개발하여 타이머 및 알람 피처를 제공하고 센서 시스템을 제어 및 판독한다.In another embodiment, the sensor includes another alarm indicating an analysis completion time after the sensor is withdrawn from the sample. This is provided by different signal recovery rates from different sensor regions, which depend on sensor chemistry, reversibility, and ambient atmospheric conditions. As will be appreciated by those skilled in the art, many suitable electronic, integrated circuit and / or microprocessor means can be configured to provide the sensor and timer alarm features described above to obtain a collection of dynamic sensor response data in the embodiments described above. In one embodiment shown in FIG. 15, a Visual Basic® computer program is developed to provide timers and alarm features and to control and read sensor systems.

가역 화학 센서들이 흔히 불량 응답 선택성을 겪는다는 점은 널리 알려져 있으며, 이것은 주로 특정하지 않은 신호 변경으로부터의 간섭이나 잡음으로 인한 것이다. 이에 따라, 비가역 일회성 센서들로 화학적 인식의 선택성을 개선할 수 있다. 비가역 센서 화학적 성질은 흔히 관심 대상인 화학적 종류와 반응물 간에 더 강력하고도 더 선택적인 상호작용을 제공하고, 이것은 일반적으로 비가역 센서 화학적 성질에 의해 생성되는 이점들 중의 하나로 볼 수 있다. 그러나, 센서의 동적 범위를 개선하거나 화학적 간섭을 줄이는 것이 이점을 갖는다면, 상이한 시약들을 함유하는 여러 개의 센서 영역들, 또는 전체 시스템 응답을 조합식으로 향상하는 상보 센서 엘리먼트들을 이용하여 단일 분석 대상물을 분석하는 것이 바람직할 수 있다. 가역 시약과 관련되어 알려져 있는 단점에도 불구하고, 다중 시약 검출 기술에 가역 시약을 포함하여 전체 센서 응답을 개선할 수 있다. 이러한 가역 및 비가역 플랫폼의 조합은 향상된 기능을 갖는 시스템을 생성할 수 있다. 표준 pH 지시기는 가역 센서들에서 공통으로 사용되는 화학물의 일 예인 한편 다음의 예에서 설명하는 염소 시약은 비가역 화학적 성질의 일 예이다. 가역 pH 센서를 비가역 염소 센서와 조합함으로써 샘플에 존재하는 다른 염소 함유 종류를 더 규정할 수 있지만, 이러한 예로 한정되지 않는다.It is well known that reversible chemical sensors often suffer from poor response selectivity, mainly due to noise or interference from unspecified signal changes. Thus, irreversible one-time sensors can improve the selectivity of chemical recognition. The irreversible sensor chemistry often provides a stronger and more selective interaction between the chemical species and reactants of interest, which can generally be seen as one of the advantages created by the irreversible sensor chemistry. However, if it is advantageous to improve the dynamic range of the sensor or to reduce chemical interference, it is possible to use a single analyte with multiple sensor regions containing different reagents, or complementary sensor elements that combine to improve the overall system response. It may be desirable to analyze. Despite the known disadvantages associated with reversible reagents, the inclusion of reversible reagents in multiple reagent detection techniques can improve the overall sensor response. This combination of reversible and irreversible platforms can create a system with improved functionality. A standard pH indicator is one example of a chemical commonly used in reversible sensors, while the chlorine reagent described in the following example is one example of irreversible chemistry. Combining a reversible pH sensor with an irreversible chlorine sensor can further define other chlorine-containing species present in the sample, but is not limited to this example.

다음의 예들을 참조할 때, 테스트 엘리먼트 및 광학 컴포넌트의 결합 및 위치 설정 요구사항의 적합하거나 적절한 제어가, 이러한 결합 및 위치 설정 요구사항의 엄격하거나 임계 제어와는 반대로, 다음의 식에 따라 내부 참조 흡광 표준이 사용된다면 정밀하고도 재생가능 흡광 결과를 얻는데 효과적이라는 것을 발견하게 되었다.Referring to the following examples, suitable or proper control of the coupling and positioning requirements of the test element and the optical component, as opposed to strict or critical control of these coupling and positioning requirements, is internally referenced according to the following equation: It has been found that if absorbance standards are used, they are effective in obtaining accurate and reproducible absorbance results.

Figure 112006051603274-pct00002
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그러나, 단일 내부 흡광 표준을 활용하여도 입사 빔에 대한 테스트 엘리먼트의 정렬 및 막 또는 기판 품질에서의 변동에 의해 야기되는 에러들 모두를 제거하지 못한다는 것을 인식하게 된다. 이것은 각 에러 소스가 상이한 파장들에서 흡수 대역에 상이한 영향을 갖기 때문이다. 예를 들어, 입사각 변경에 의해 야기되는 흡광 변경은, 광학 경로 길이가 파장에 의존하기 때문에 화학적 성질이 아닌 파장의 기능이다. 따라서, 본 발명에서 하나 초과의 내부 표준을 갖는 참조 시스템을 이용함으로써 또는 전체 스펙트럼을 측정하는 경우 단일 표준 흡수 대역의 스펙트럼 프로파일을 이용함으로써 정밀도가 증가한다고 인식된다. 그러나, 다음의 예들로 예시하는 바와 같이 일회성 테스트 스트립 및 어댑터 간의 적합하거나 적절한 기계적 제어 결합과 조합하여 단일 내부 흡수 대역을 활용함으로써 상당히 높은 레벨의 재생 가능 측정값을 얻었다는 점에 주목하길 바란다.However, it will be appreciated that using a single internal absorption standard does not eliminate all of the errors caused by alignment of the test element with respect to the incident beam and variations in film or substrate quality. This is because each error source has a different effect on the absorption band at different wavelengths. For example, the change in absorbance caused by the change in incidence angle is a function of wavelength rather than chemical nature because the optical path length depends on the wavelength. Thus, it is recognized in the present invention that precision is increased by using a reference system having more than one internal standard or by using a spectral profile of a single standard absorption band when measuring the entire spectrum. However, note that a significantly higher level of reproducible measurements was obtained by utilizing a single internal absorption band in combination with a suitable or appropriate mechanical control coupling between the one-time test strip and the adapter, as illustrated by the following examples.

예 1Example 1

도 14에 도시한 바와 같이 Fisher brand의 4개 에지, 깨끗한 유리 슬라이드(치수: 3" x 1" x 0.41", Fisher 카탈로그 번호 12-549)를 백색 페인트 펜(Uni®Paint PX-20)으로 페인팅하였다. 일 단부 근처의 영역도 백색 페인트 펜으로 페인팅하였다. LED 및 광셀의 배열을 도 14에 도시한다. 광원은 RadioShack®사의 5mm, 3000mcd 적색 LED이며, 피크 방출 파장이 660nm이며 관측각은 12°이다. 영구적이며 미세 포인트 Sharpie® 마커로 형성된 청색 라인들의 상이한 농도들의 흡광 레벨들이 도 6에 도시되어 있다. 여기서, 초기 시구간(0 ~ 22초) 동안, 광을 블랭크(즉, 청색 마킹이 없음) 유리 슬라이드 상으로 투사하였다. 예상되는 바와 같이, 라인(50)에서의 대응 흡광 레벨은 거의 제로이다. 약 22초 후에, 유리 슬라이드 상에 단일 청색 라인이 형성되었고, 대응 흡광 레벨이 도시한 바와 같이 라인(51)으로 증가하였다. 약 34초 후, 제2 청색 라인이 제1 청색 라인의 위에 형성되어 유리 슬라이드 상의 청색 마킹의 농도를 증가하였다. 예상되는 바와 같이, 대응 흡광 레벨이 라인(52)으로 증가하였다. 유사하게, 약 45초 후에, 제3의 청색 라인을 추가하여 유리 슬라이드상의 청색 마킹의 농도를 더 증가하였다. 다시 예상되는 바와 같이, 대응 흡광 레벨이 라인(53)으로 증가하였다. 이러한 측정 흡광이 아래와 같이 정의된다는 것은 널리 알려져 있다.Painting the four edges of the Fisher brand, clear glass slides (dimensions: 3 "x 1" x 0.41 ", Fisher Catalog No. 12-549) with a white paint pen (Uni®Paint PX-20) as shown in FIG. The area near one end was also painted with a white paint pen The arrangement of LEDs and light cells is shown in Figure 14. The light source is a 5 mm, 3000 mcd red LED from RadioShack®, with a peak emission wavelength of 660 nm and an observation angle of 12 °. Absorbance levels of different concentrations of blue lines formed with permanent and fine point Sharpie® markers are shown in Figure 6. Here, during the initial time period (0 to 22 seconds), the light is blanked (i.e. without blue marking). Projected onto the glass slide, as expected, the corresponding absorbance level at line 50 is almost zero, after about 22 seconds, a single blue line was formed on the glass slide and the corresponding absorbance level was shown as shown. Equal Increased to line 51. After about 34 seconds, a second blue line formed on top of the first blue line to increase the concentration of the blue marking on the glass slide. Similarly, after about 45 seconds, a third blue line was added to further increase the concentration of the blue marking on the glass slide As again expected, the corresponding absorbance level increased to line 53. It is well known that this measured absorption is defined as follows.

Figure 112006051603274-pct00003
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여기서, 어두울 때의 출력은 광원이 꺼진 상태일 때 검출기의 스테디 스테이 트 응답이다.Here, the output in the dark is the steady state response of the detector when the light source is turned off.

이 예는 광도계 측정을 매우 간단한 방식으로 실행할 수 있음을 예시한다. 그러나, 이러한 간단한 설정으로 많은 설계를 구축할 수 있다. 예를 들어, 간섭 필터 막을 광검출기를 향하는 영역에 코팅하거나 반사 페인트 내에 혼합하여 소정의 흡수 대역에 대한 흡광을 측정할 수 있다. 도 2는 이러한 설계들의 일 예를 나타낸다.This example illustrates that photometric measurements can be performed in a very simple manner. However, many simple designs can be built with this simple setup. For example, an interference filter film may be coated in the area facing the photodetector or mixed in reflective paint to measure absorbance for a given absorption band. 2 shows an example of such designs.

예 2Example 2

이 예에서는, 3.7" x 0.49" x 0.21"의 폴리카르보네이트 반사 엘리먼트를 제조하였다. 폴리카르보네이트 엘리먼트의 단부를 약 51°의 각도로 비스듬히 잘랐다. 이 예에서 사용되는 흡광 측정을 위한 테스트 엘리먼트 구성이 도 7에 도시되어 있다. 여기서, Ocean Optics P400-2 6개의 광섬유 번들을 사용하여 Ocean Optics 텅스텐-할로겐 램프로부터 입사광을 제공하였다. R400-7 Ocean Optics 반사 프로브를 사용하여 Ocean Optics USB2000 분광계에 대하여 반사된 광을 수집하였다. 테트라메틸벤지딘(TMB)을 함유하는 폴리(2-히드록실에틸 메타아크릴레이트)(PHEMA) 막을 폴리카르보네이트 엘리먼트의 일 측 상에 딥-코팅하고, 모든 파장에 대하여 제로 흡광을 갖는 블랭크 스펙트럼을 확립하였다. TMA 막을 코팅한 후, 폴리카르보네이트 엘리먼트를 도 7에 도시한 바와 같은 구성에 다시 배치하였다. 여기서, 베이스라인 스펙트럼을 먼저 기록하였다. 다음으로, 0.06ml 0.1ppm 소듐 하이퍼플로라이트(hyperchlorite) 용액을 조심스럽게 펼쳐 TMB막에 대하여 3mm x 12mm 영역을 망라하였다. TMB막 상에 1분 동안 유지된 후, 종이 타월로 NaOCl 용 액을 조심스럽게 제거하였다. NaOCl 용액을 TMB 막 상에 스파팅(spot)한 후 샘플 스펙트럼을 4분간 측정하였다. 샘플 스펙트럼(110) 및 베이스라인 스펙트럼(120) 모두가 도 8에 도시되어 있다.In this example, a polycarbonate reflective element of 3.7 "x 0.49" x 0.21 "was made. The end of the polycarbonate element was cut at an angle of about 51 °. The test for absorbance measurement used in this example. The element configuration is shown in Figure 7. Here, Ocean Optics P400-2 six optical fiber bundles were used to provide incident light from Ocean Optics tungsten-halogen lamps R400-7 Ocean Optics USB2000 Spectrometer with Ocean Optics Reflective Probe The reflected light was collected for: A poly (2-hydroxylethyl methacrylate) (PHEMA) film containing tetramethylbenzidine (TMB) was dip-coated on one side of the polycarbonate element and all wavelengths A blank spectrum with zero absorbance was established for the polycarbonate element, after coating the TMA film, into a configuration as shown in FIG. Baseline spectra were recorded first, then 0.06 ml 0.1 ppm sodium hyperchlorite solution was carefully unfolded to cover a 3 mm x 12 mm area with respect to the TMB membrane 1 minute on the TMB membrane. After a while, the NaOCl solution was carefully removed with a paper towel The NaOCl solution was spotted on the TMB membrane and the sample spectrum was measured for 4 minutes Sample Spectrum 110 and Baseline Spectrum 120 ) Are all shown in FIG. 8.

예 3Example 3

이 예에서도 예 2와 동일한 Ocean Optics 분광계 시스템을 이용하였다. 현미경 슬라이드 홀더는 유리 슬라이드의 위치 설정을 엄격하게 제어하였다. 입사 광섬유 프로브를 유리 슬라이드면에 대하여 약 45°의 각도로 유리 슬라이드의 일 측으로 향하게 하였다. 입사광의 약 절반이 유리 슬라이드 바로 아래의 백색 종이를 조명하였으며 나머지 절반이 유리 슬라이드의 에지를 조명하였다. 검출 프로브도 약 45°의 각도로 취해졌으며 광량이 분광계를 포화하지 않도록 프로브로부터의 슬라이드로의 거리를 조절하였다.In this example, the same Ocean Optics spectrometer system as in Example 2 was used. The microscope slide holder strictly controlled the positioning of the glass slides. The incident optical fiber probe was directed to one side of the glass slide at an angle of about 45 ° with respect to the glass slide surface. About half of the incident light illuminated the white paper just below the glass slide and the other half illuminated the edge of the glass slide. The detection probe was also taken at an angle of about 45 ° and the distance from the probe to the slide was adjusted so that the amount of light did not saturate the spectrometer.

소량의 적색 안료를 함유하는 PHEMA 막을 영구적인 적색 Sharpie® 마커로부터 복구하였다. 예 1에서와 같이 자기 교반기로부터 수정된 스피너를 이용하여 적색 안료 용액을 유리 슬라이드 상에 스핀 코팅하였으며, 이것은 속도 제어나 판독을 갖지 않는다. 스피너 가속, 최종 스핀 속도, 및 스피닝 지속 시간은 제어되지 않았다. 적색 안료를 내부 흡광 표준으로서 이용한다. 이것은 λmax = 535nm에 집중된 흡수 대역을 가지며, 염소(청색 반응물, λmax = 670nm)에 대한 TMB 반응 응답의 흡수 대역과 겹치지 않는다.PHEMA membranes containing small amounts of red pigment were recovered from permanent red Sharpie® markers. The red pigment solution was spin coated onto a glass slide using a spinner modified from a magnetic stirrer as in Example 1, which had no speed control or readout. Spinner acceleration, final spin speed, and spinning duration were not controlled. Red pigment is used as internal absorbance standard. It has an absorption band centered at λ max = 535 nm and does not overlap the absorption band of the TMB response response to chlorine (blue reactant, λ max = 670 nm).

슬라이드들을 NaOCl 용액 내에 담그기 전에, TMB용 베이스라인 스펙트럼을 측정하였다. NaOCl 용액 내에 90초 담근 후에, 유리 슬라이드를 제거하고 2분 동안 수직 위치로 유지하여 유리 슬라이드 표면상의 용액을 흘러내리게 하였다. 여기서, 유리 슬라이드를 NaOCl 용액으로부터 제거한 후 샘플 스펙트럼을 150초 동안 기록하였다.Before immersing the slides in NaOCl solution, the baseline spectra for TMB were measured. After soaking for 90 seconds in NaOCl solution, the glass slide was removed and held in a vertical position for 2 minutes to allow the solution to flow down the glass slide surface. Here, the sample spectra were recorded for 150 seconds after the glass slide was removed from the NaOCl solution.

상술한 절차에 따라 11개의 슬라이드 모두를 이용하여 NaOCl 용액의 3개의 상이한 농도 레벨에서의 흡광 값을 측정하였다. 슬라이드(1 내지 4)는 0.10ppm 용액내로 독립적으로 담그고, 슬라이드(5 내지 7)는 0.25ppm 용액 내에 독립적으로 담그고, 슬라이드(8 내지 11)는 0.50ppm 용액 내에 독립적으로 담궜다. 참조 정정 전과 후의 λ = 650nm에서의 흡광 값들을 아래의 표 1에 열거하고 있다. 식 1에 따라 참조 정정을 수행한 후 각 농도 레벨에 대한 표준 편차가 상당히 감소해 있다는 점에 주목하길 바란다.All 11 slides were used to measure absorbance values at three different concentration levels of NaOCl solution according to the procedure described above. Slides 1-4 were independently immersed in 0.10 ppm solution, slides 5-7 were independently immersed in 0.25 ppm solution, and slides 8-11 were independently immersed in 0.50 ppm solution. Absorbance values at λ = 650 nm before and after reference correction are listed in Table 1 below. Note that after performing the reference correction according to Equation 1, the standard deviation for each concentration level is significantly reduced.

Figure 112006051603274-pct00004
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Figure 112006051603274-pct00005
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슬라이드(8 - 11)로부터의 4개의 스펙트럼 및 이들의 대응 베이스라인 스펙트럼이 도 9에 도시되어 있다.Four spectra from slides 8-11 and their corresponding baseline spectra are shown in FIG. 9.

식 1에 따른 참조 정정 후의 모든 11개의 스펙트럼이 도 10에 도시되어 있다. 도 10은, 식 1에 의해 설명된 바와 같이 내부 흡광도 표준에 따라 결과를 정규화함으로써 에러를 줄이고 표 1에 열거된 결과를 확인하는 것을 도시한다.All 11 spectra after reference correction according to equation 1 are shown in FIG. 10. FIG. 10 shows reducing errors and confirming the results listed in Table 1 by normalizing the results according to the internal absorbance standard as described by Equation 1. FIG.

도 11은 당해 기술에 알려져 있듯이 흡광 레벨과 농도 레벨 간의 선형 관계를 확인하는 교정 곡선을 나타낸다.11 shows a calibration curve confirming the linear relationship between absorbance level and concentration level as known in the art.

이 예의 결과로부터 여러 가지 결론을 얻을 수 있다.Several conclusions can be drawn from the results of this example.

1. 적절한 위치 제어만으로는 저 흡광 측정용으로 필요한 정밀도를 보장할 수 없다.1. Proper position control alone cannot guarantee the required precision for low absorbance measurements.

2. 내부 흡광 표준을 이용하여 식 1에 따라 스펙트럼을 정정함으로써 유리 슬라이드 치수, 막 품질, 및 입사 빔 각도와 같이 실험 파라미터에서의 변동에 의해 야기되는 에러를 줄이게 된다.2. Correct the spectrum according to Equation 1 using an internal absorption standard to reduce errors caused by variations in experimental parameters such as glass slide dimensions, film quality, and incident beam angle.

3. 다중각 산란 유도 흡광도가 투과 흡광도보다 민감하다. λ=535nm (0.014)에서의 투과 흡광도 값과 비교할 때, 본 발명의 다중각 산란 유도 구성에 의해 흡광도가 10배 증가한다. 더 긴 파장에서 흡광도가 더 증가할 수 있다는 점에 주목하길 바란다.3. Multiple-angle scattering induced absorbance is more sensitive than transmission absorbance. When compared with the transmission absorbance value at λ = 535 nm (0.014), the absorbance is increased by 10 times by the multi-angle scattering induction configuration of the present invention. Note that the absorbance can be further increased at longer wavelengths.

예 4Example 4

이 예에서 사용되는 막은 예 3에서 사용한 막과 비교할 때 내부 참조 다이의 약간 낮은 농도를 함유하였다. 이 막들은 예 3에서 이용한 동일 절차로 준비되었지만, 상이한 배치(batch)에서 제조되었다. 유사하게, 실험 설정은, Sharpie® 마커로 그려진 2개의 수직 라인들에 대하여 슬라이드를 정렬함으로써 슬라이드 위치가 엄격하지 않게 제어되었다는 점을 제외하고 예 3 용으로 이용한 설정과 동일하다.The membrane used in this example contained a slightly lower concentration of the internal reference die as compared to the membrane used in Example 3. These membranes were prepared by the same procedure used in Example 3, but were prepared in different batches. Similarly, the experimental setup is identical to the setup used for Example 3 except that the slide position was tightly controlled by aligning the slide with respect to two vertical lines drawn with a Sharpie® marker.

베이스라인 스펙트럼 응답과 함께 참조 정정 전과 후의 스펙트럼 응답이 도 12 및 도 13에 각각 도시되어 있다. 유리 슬라이드 위치의 적절한 제어를 유지하지 않고서 도출된 측정값에 따르면, 내부 흡광 표준으로부터의 참조 정정에도 불구하고 더 많은 에러 마진이 발생한다는 것이 명확하다. 그럼에도 불구하고, 650nm에서의 흡광값들인 0.177, 0.185, 0.209는, 슬라이드 위치가 엄격히 제어되지 않았으며 막들이 상이한 배치에 그리고 상이한 폴리머 용액으로부터 준비되었지만, 예 5로부터 얻은 0.1790 ± 0.003의 평균값들과 잘 맞는다는 점에 주목하길 바란다.The spectral responses before and after the reference correction along with the baseline spectral responses are shown in FIGS. 12 and 13, respectively. According to measurements derived without maintaining proper control of the glass slide position, it is clear that more error margin occurs in spite of the reference correction from the internal absorption standard. Nevertheless, the absorbance values of 0.177, 0.185, 0.209 at 650 nm were well controlled with the average values of 0.1790 ± 0.003 obtained from Example 5, although the slide position was not strictly controlled and the films were prepared in different batches and from different polymer solutions. Note that it is correct.

이러한 일치는 명백하며, 특히, 본 발명의 하나의 목적에서 볼 때 특히 그러하다. 즉, 추가 교정 단계 없이 일회성 테스트 엘리먼트에 의해 분석 대상물 농도의 정량 결정을 제공할 수 있다.This consensus is clear, in particular in view of one object of the invention. That is, one-time test elements can provide quantitative determination of analyte concentrations without additional calibration steps.

예 5Example 5

센서 구축Sensor building

도 15는 예 5 용으로 사용되는 예시적인 핸드헬드 센서 시스템을 개략적으로 도시한다. 여기서, 기본적인 감지 유닛(150)은 디지털 버스 스위치(152; Texas Instruments, SN74CBTLV) 및 컴퓨터(151; Dataq CF2, C-큐브드(cubed) 제한 데이터 획득 카드가 갖춰진 Dell Axiom Pocket PC )에 접속된 것으로 도시되어 있다. 디지털 버스 스위치(152)를 사용하여 컴퓨터가 LED(6)를 켜고 끌 수 있는 한편 DC 전력을 광다이오드(8)에 제공하며, 광다이오드로부터의 출력을 판독할 수 있다. 비주얼 베이직®, 즉, 컴퓨터 프로그램을 개발하여 센서 시스템을 제어 및 판독한다.15 schematically illustrates an example handheld sensor system used for Example 5. FIG. Here, the basic sensing unit 150 is connected to a digital bus switch 152 (Texas Instruments, SN74CBTLV) and a computer 151 (Dataq CF2, a Dell Axiom Pocket PC equipped with a C-cubed limited data acquisition card). Is shown. The digital bus switch 152 allows a computer to turn on and off the LED 6 while providing DC power to the photodiode 8 and reading the output from the photodiode. Visual Basic®, a computer program, is developed to control and read sensor systems.

예 5 용으로 사용되는 예시적인 감지 유닛(150)의 투시도가 도 16에 도시되어 있다. 여기서, 감지 유닛(150)은 3개의 서브 어셈블리(파트 A, 파트 B, 파트 C)의 조합을 포함하는 것으로서 설명될 수 있다.A perspective view of an exemplary sensing unit 150 used for Example 5 is shown in FIG. 16. Here, the sensing unit 150 may be described as including a combination of three subassemblies (Part A, Part B, Part C).

파트(A)는 엘리먼트(160, 161, 162)를 포함한다. 파트(B)는 엘리먼트(6, 8, 163, 164)를 포함한다. 파트(C)는 엘리먼트(18, 19, 167)를 포함한다.Part A includes elements 160, 161, 162. Part B includes elements 6, 8, 163, 164. Part C includes elements 18, 19, and 167.

파트(A)를 구축하는데 있어서, 1/2인치 인스턴트 튜브 대 튜브 어댑터(161)의 스레드(threaded)부를 제거하고 1/4인치 압축 피팅 너트(162)를 수정된 어댑터(161)의 페이스 상으로 접착한다. 4인치 길이의 1/2 OD 스테인레스 스틸 튜 브(160)를 수정된 어댑터의 고무 O-링/압축 피팅(161C) 상으로 삽입하여 광 조밀 구획부를 제공하게 된다.In building part (A), remove the threaded portion of the 1/2 inch instant tube to tube adapter 161 and place the 1/4 inch compression fitting nut 162 onto the face of the modified adapter 161. Glue. A 4 inch long 1/2 OD stainless steel tube 160 is inserted onto the rubber O-ring / compression fitting 161C of the modified adapter to provide a light dense compartment.

파트(B)를 구축하는데 있어서, 1/4 인치 튜브 대 파이프 압축 피팅(163)의 메일(male)부를 제거하고, 한 측 상에 검정색으로 페인팅된 얇은 폴리카르보네이트 시트(164)를 수정된 피팅에 에폭시 접착제로 고정하여 수정된 피팅의 개구가 도 16에 도시되어 있듯이 분리되어 있다. 5mm 바이칼라(bicolor) LED(6)(LC LEDN500TGR4D)를 폴리카르보네이트 시트 상에 접착하였다. LED(6)의 초점 경로는 피팅(163)의 수직 중심과 대략 평행하다. 광다이오드(8; ToasTSR257)를 폴리카르보네이트 시트의 다른 측에 부착하여 광다이오드의 컬렉션 렌즈가 도 16에 도시한 바와 같이 약 45°의 각도로 피팅 축으로부터 오프셋된다. 상술한 구축 후에, LED 및 광다이오드를 1인치 직경의 PVC 튜브 내(도 16에 도시하지 않음)에 밀봉한다.In constructing part (B), the male portion of the 1/4 inch tube to pipe compression fitting 163 was removed and the thin polycarbonate sheet 164 painted in black on one side was modified. The openings of the modified fitting secured by epoxy adhesive to the fitting are separated as shown in FIG. 16. A 5mm bicolor LED 6 (LC LEDN500TGR4D) was adhered on the polycarbonate sheet. The focal path of the LED 6 is approximately parallel to the vertical center of the fitting 163. The photodiode 8 (ToasTSR257) was attached to the other side of the polycarbonate sheet so that the collection lens of the photodiode was offset from the fitting axis at an angle of about 45 ° as shown in FIG. After the construction described above, the LEDs and photodiodes are sealed in a 1 inch diameter PVC tube (not shown in FIG. 16).

파트(C)를 구축하는데 있어서, 아크릴 로드(직경 0.25인치 및 길이 3.20인치)를 예 3에서 사용된 것과 같은 클로린 민감 시약(18)을 함유하는 PHEMA막으로 코팅하였다. 로드의 엔드 섹션은 반사성 백색 페인트(19)로 페인팅되었다.In constructing part (C), an acrylic rod (0.25 inches in diameter and 3.20 inches in length) was coated with a PHEMA membrane containing chlorine sensitive reagent 18 as used in Example 3. The end section of the rod was painted with reflective white paint 19.

측정 절차Measurement procedure

예 5에서 사용된 측정 절차는 아래의 단계들을 포함한다.The measurement procedure used in Example 5 includes the following steps.

1. (a) 아크릴 로드(167)(파트 C)를 압출 피팅 어셈블리(파트 A 및 B)내로 로딩하고 스테인레스 스틸 튜브(160)를 인스턴트 튜브 대 파이프 어댑터(161)내에 배치한다. (b) 포켓 PC 스크린 상의 버튼을 클릭한다. (c) 비주얼 베이직 & commat : 컴퓨터 프로그램이 녹색광(525nm) 및 적색광(630nm)을 순차적으로 켜고, 각 판독(Go 및 Ro)을 광다이오드로부터 취하는 동안 녹색광 및 적색광이 켜진다.1. (a) Load acrylic rod 167 (part C) into extrusion fitting assemblies (parts A and B) and place stainless steel tube 160 into instant tube to pipe adapter 161. (b) Click on the button on the Pocket PC screen. (c) Visual Basic & commat: Green light and red light are turned on while a computer program sequentially turns on green light (525 nm) and red light (630 nm) and takes each reading (Go and Ro) from the photodiode.

2. (a) 스테인레스 스틸 튜브(160)를 어댑터(161)로부터 제거하고 로드(167)를 샘플 용액 내에 60초 동안 담근다. (b) 로드를 용액으로부터 꺼내고 남아 있는 용액을 적절히 닦아 제거한다. (c) 로드를 대기중에 2분 동안 건조시킨다.2. (a) Remove the stainless steel tube 160 from the adapter 161 and soak the rod 167 in the sample solution for 60 seconds. (b) Take the rod out of solution and wipe off any remaining solution as appropriate. (c) The rods are dried for 2 minutes in the atmosphere.

3. (a) 스테인레스 스틸 튜브(160)를 다시 어댑터(161) 상으로 배치한다. (b) 포켓 PC 스크린상의 적절한 버튼을 클릭하여 광다이오드로부터의 각 출력(G, R)을 판독한다. 녹색광 및 적색광 모두가 순차적으로 켜진다는 것에 주목하길 바란다.3. (a) Place the stainless steel tube 160 back onto the adapter 161. (b) Click the appropriate button on the Pocket PC screen to read each output (G, R) from the photodiode. Note that both green and red lights are sequentially turned on.

4. 식 2로 흡광도 계산4. Calculation of absorbance by Equation 2

Figure 112006051603274-pct00006
Figure 112006051603274-pct00006

식 2는 식 1과 수학적으로 등가임에 주목하길 바란다. 이러한 측정값들로부터의 결과가 표 2에 열거되어 있으며 도 17에서 교정 곡선으로 작성되어 있다.Note that Equation 2 is mathematically equivalent to Equation 1. The results from these measurements are listed in Table 2 and plotted as calibration curves in FIG. 17.

Figure 112006051603274-pct00007
Figure 112006051603274-pct00007

Figure 112006051603274-pct00008
Figure 112006051603274-pct00008

상술한 명세서는 특허 조례에 의해 요구되는 바와 같이 본 발명을 실행하는 최상의 모드를 포함하는 것으로 제시되었지만, 본 발명은 이러한 최상의 모드나 명세서에서의 다른 특정 실시예로 한정되지 않는다. 본 발명의 사상은 청구범위에 적용되는 엄밀하고도 균등한 구성에 의해서만 규제된다.While the foregoing specification has been presented to include the best mode of carrying out the invention as required by the patent bylaws, the invention is not limited to this best mode or other specific embodiments in the specification. The spirit of the invention is limited only by the exact and equivalent constructions that apply to the claims.

Claims (14)

화학적 또는 생물학적 물질의 분석 대상물 농도(analyte concentration)를 측정하는 시스템에 있어서,In a system for measuring the analyte concentration of a chemical or biological material, a. 장착 어댑터와,a. With mounting adapter, b. 상기 어댑터에 탈착 가능하게 장착되는 테스트 엘리먼트와,b. A test element detachably mounted to the adapter, c. 상기 테스트 엘리먼트 상에 고정되며, 적어도 하나의 내부 참조 표준(internal reference standard)을 포함하는 시약막(a reagent film)과,c. A reagent film fixed on the test element, the reagent film comprising at least one internal reference standard, d. 상기 어댑터에 부착되며, 상기 테스트 엘리먼트와 상기 시약막으로부터의 이중 광 응답이 자극되도록 하고 일부가 표면에 대한 임계각보다 큰 반사각으로 상기 표면에 충돌하는 발산 광 빔을 방출할 수 있는 적어도 하나의 광원과,d. At least one light source attached to the adapter and capable of stimulating a dual light response from the test element and the reagent film and capable of emitting a divergent light beam impinging on the surface with a reflection angle greater than a critical angle to the surface; , e. 상기 어댑터에 부착되며, 상기 이중 광 응답을 검출할 수 있으며, 상기 이중 광 응답을 나타내는 전자 신호 응답을 생성할 수 있는 적어도 하나의 광검출기와,e. At least one photodetector attached to the adapter, capable of detecting the dual optical response and generating an electronic signal response indicative of the dual optical response; f. 상기 전자 신호 응답을 처리하고, 저장하며, 전송하고, 상기 광원을 제어하는 전자 회로 수단f. Electronic circuit means for processing, storing, and transmitting the electronic signal response and controlling the light source 을 포함하는 시스템.System comprising. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 특정 주기 동안 상기 이중 광 응답으로부터 동적 데이터를 수집할 수 있게 하는 통합 클록 수단을 더 포함하는Further comprising integrated clock means for enabling the collection of dynamic data from said dual optical response for a particular period of time; 시스템.system. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 주기를 나타내는 통합 알람 수단을 더 포함하는Further comprising integrated alarm means indicative of said period; 시스템.system. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 테스트 엘리먼트는 복수의 분리 영역 및 감지 영역을 포함하는 다중-구획적(multisectional) 테스트 엘리먼트인The test element is a multisectional test element comprising a plurality of separation regions and a sensing region. 시스템.system. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 다중-구획적 테스트 엘리먼트는 천공(perforated) 다중-구획적 테스트 엘리먼트인The multi-compartment test element is a perforated multi-compartment test element. 시스템.system. 제 5 항에 있어서,6. The method of claim 5, 상기 다중-구획적 테스트 엘리먼트는 2개 내지 500개의 상기 감지 영역을 포함하는The multi-compartment test element comprises between 2 and 500 of the sensing areas. 시스템.system. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 감지 영역은 비가역적인The sensing area is irreversible 시스템.system. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 감지 영역의 일부는 가역적이며 일부는 비가역적인Some of the detection zones are reversible and some are irreversible 시스템.system. 화학적 또는 생물학적 물질의 분석 대상물 농도를 측정하는 방법에 있어서,In the method of measuring the analyte concentration of a chemical or biological material, a. 시약막에 적어도 하나의 내부 참조 표준을 제공하는 단계와,a. Providing at least one internal reference standard to the reagent membrane, b. 상기 시약막의 층을 테스트 엘리먼트 상에 고정하여, 막 코팅된(film coated) 테스트 엘리먼트를 제공하는 단계와,b. Immobilizing the layer of reagent film on a test element to provide a film coated test element; c. 상기 테스트 엘리먼트 내에서 내부 반사 및 다중각 산란되고, 막 코팅된 테스트 엘리먼트로부터의 이중 참조 광 응답이 자극되도록 하는 광 에너지를 막 코팅된 테스트 엘리먼트 상으로 방출하는 단계와,c. Emitting optical energy onto the film coated test element such that internal reflection and multi-angle scattering within the test element are stimulated to dual reference light response from the film coated test element; d. 상기 막 코팅된 테스트 엘리먼트를 샘플 물질에 특정 주기 동안 노출하고, 상기 노출된 테스트 엘리먼트를 상기 물질로부터 제거하여, 샘플 테스트 엘리먼트를 제공하는 단계와,d. Exposing the film coated test element to a sample material for a specific period and removing the exposed test element from the material to provide a sample test element; e. 상기 샘플 테스트 엘리먼트로부터의 이중 샘플 광 응답이 자극되도록 하는 광 에너지를 상기 샘플 테스트 엘리먼트 상으로 방출하는 단계와,e. Emitting light energy onto the sample test element such that a dual sample light response from the sample test element is stimulated; f. 상기 참조 및 샘플 광 응답 데이터를 수집하고 처리하여 흡광 응답을 계산하는 단계와,f. Collecting and processing the reference and sample optical response data to calculate an absorbance response; g. 상기 흡광 응답을 활용하여 상기 물질에서의 분석 대상물 농도를 검출하고 정량화하는 단계g. Detecting and quantifying analyte concentration in the material by utilizing the absorbance response 를 포함하는 방법.≪ / RTI > 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 특정 주기 동안 상기 흡광 응답으로부터 동적 데이터를 수집하는 단계를 더 포함하는Collecting dynamic data from the absorbance response for a particular period of time; 방법.Way. 제 10 항에 있어서,11. The method of claim 10, 상기 동적 데이터를 분석하여 상기 주기 동안 상기 흡광 응답의 초기 기울기, 중간 기울기 및 최종 기울기를 결정하는 단계를 더 포함하는Analyzing the dynamic data to determine an initial slope, an intermediate slope, and a final slope of the absorbance response during the period; 방법.Way. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 흡광 응답은 상기 내부 참조 표준을 이용하여 상기 흡광 응답을 정규화함으로써 오차 보정되는The absorbance response is error corrected by normalizing the absorbance response using the internal reference standard. 방법.Way. 제 12 항에 있어서,13. The method of claim 12, 상기 정규화는 Acorrected = Asample - Abaseline + (Abaseline_atreference - Abaseline_atsample) 공식에 따라 실행되는The normalization is performed according to the formula A corrected = A sample -A baseline + (A baseline _ atreference -A baseline _ atsample ) 방법.Way. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 막 코팅된 테스트 엘리먼트는 복수의 상기 흡광 응답을 제공할 수 있는 다중-구획적 테스트 엘리먼트이며,The membrane coated test element is a multi-compartment test element capable of providing a plurality of the absorbance responses, 상기 복수의 흡광 응답은 상기 물질에서의 복수의 분석 대상물 농도를 검출하고 정량화하기 위해 처리되고 멀티플렉싱되는The plurality of absorbance responses are processed and multiplexed to detect and quantify a plurality of analyte concentrations in the material. 방법.Way.
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