NL1008411C2 - Protein sensor cassette and reader therefor. - Google Patents
Protein sensor cassette and reader therefor. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1008411C2 NL1008411C2 NL1008411A NL1008411A NL1008411C2 NL 1008411 C2 NL1008411 C2 NL 1008411C2 NL 1008411 A NL1008411 A NL 1008411A NL 1008411 A NL1008411 A NL 1008411A NL 1008411 C2 NL1008411 C2 NL 1008411C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- contact
- sensor
- analyte
- sensor device
- reagent
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
- G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hematology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Description
Cassette met proteïne-sensor en uitleesinrichting daarvoorProtein sensor cassette and reader therefor
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een sensor-inrichting voor het meten van de concentratie van een in een vloeistof aanwezige stof, bijvoorbeeld een proteïne, volgens een werkwijze waarbij die stof als een ioniseerbaar analyte 5 in contact wordt gebracht met sensormiddelen, omvattend een eerste reagenshouder voor een eerste reagens dat bij contact met het analyte een eerste verandering in elektrische lading van het analyte veroorzaakt, sensormiddelen voor het detecteren van een verandering in de elektrische lading van 10 het analyte, en een monsterhouder voor het houden van een monster van de vloeistof en het in contact met de sensormiddelen brengen van de in die vloeistof aanwezige stof in de vorm van een ioniseerbaar analyte.The present invention relates to a sensor device for measuring the concentration of a substance, for example a protein, present in a liquid, according to a method in which said substance is contacted with sensor means as an ionisable analyte, comprising a first reagent container for a first reagent which upon contact with the analyte causes a first change in electrical charge of the analyte, sensor means for detecting a change in the electrical charge of the analyte, and a sample holder for holding a sample of the liquid, and contacting the substance present in that liquid in the form of an ionizable analyte in contact with the sensor means.
Onder het begrip analyte wordt hier in beginsel elke stof 15 verstaan waarvan de moleculen een elektrisch geladen groep dan wel een ioniseerbare groep bevatten, zoals proteïnen, of waarvan de moleculen zich laten koppelen, bijvoorbeeld door croBB-linking, met een polyelektrolyt die als zogeheten ladingslabel fungeert, zoals heparine of polylysine. Onder 20 ioniseerbaar analyte wordt verstaan een analyte waarvan de elektrische lading beïnvloedbaar is.The term analyte is here in principle understood to mean any substance whose molecules contain an electrically charged group or an ionisable group, such as proteins, or whose molecules can be coupled, for example by croBB-linking, with a polyelectrolyte which is known as a charge label such as heparin or polylysine. Ionizable analyte is understood to mean an analyte whose electric charge can be influenced.
Een dergelijke sensor is bijvoorbeeld van belang voor het bepalen van de concentratie van bepaalde proteïnen in menselijk of dierlijk bloed.Such a sensor is important, for example, for determining the concentration of certain proteins in human or animal blood.
25 Bekend uit het Amerikaanse octrooi nr. 4.151.049 is een inrichting waarin een elektrode, gecoat met een laag van een voor een bepaald proteïne specifiek reactieve polymeersamenstelling, in samenwerking met een referentie-elektrode, een elektrisch gevoelig systeem vormt voor het 30 meten van een verandering in de concentratie van dat proteïne in oplossing.Known from US Patent No. 4,151,049 is a device in which an electrode coated with a layer of a polymeric protein specific reactive composition, in conjunction with a reference electrode, forms an electrically sensitive system for measuring a change in the concentration of that protein in solution.
Om de bekende inrichting te kunnen gebruiken voor de bepaling van een proteïne-concentratie in een bloedmonster is bediening door een hoog opgeleide persoon, bijvoorbeeld een 1008411 2 laboratoriummedewerker, een vereiste, wat uiteraard een kostenverhogend effect heeft voor een dergelijke bepaling. Toepassing van de bekende inrichting is voorts beperkt tot een laboratorium-omgeving.In order to use the known device for the determination of a protein concentration in a blood sample, operation by a highly trained person, for example a 1008411 2 laboratory worker, is required, which of course has a cost-increasing effect for such a determination. Application of the known device is furthermore limited to a laboratory environment.
5 Een ander, wellicht belangrijker nadeel, is gelegen in de aard van de bepaling die met de bekende inrichting wordt uitgevoerd: deze is in wezen statisch, wat leidt tot een beperkte nauwkeurigheid. Verbeteren van de nauwkeurigheid door verlenging van de meettijd brengt het risico van 10 degradatie van een monster met zich mee, en leidt vrijwel altijd tot driftverschijnselen die de weer een verslechtering van de nauwkeurigheid tot gevolg hebben.Another, perhaps more important, drawback is the nature of the assay performed with the known device: it is essentially static, leading to limited accuracy. Improving accuracy by extending the measurement time carries the risk of sample degradation, and almost always leads to drift phenomena which in turn lead to a deterioration in accuracy.
Een nadeel van statische metingen in het algemeen, althans die waarbij gebruik wordt gemaakt van 15 potentiometrische sensors, is dat deze ongeschikt zijn om te worden uitgevoerd met sensors voor immuno-proteinen (zogenaamde immunosensors) en alle andere sensors die zijn gebaseerd op detectie van een op de sensor geïmmobiliseerde laag proteïne-moleculen. De reden hiervan is dat macro-20 moleculen in feite altijd zijn afgeschermd door een geleidende vloeistof. Dit betekent dat door de protelne-moleculen veroorzaakte elektrische velden voorbij een met de Debye-lengte corresponderende kleine afstand niet meer detecteerbaar zijn.A drawback of static measurements in general, at least those using 15 potentiometric sensors, is that they are unsuitable to be performed with sensors for immunoproteins (so-called immunosensors) and any other sensors based on detection of a low protein molecules immobilized on the sensor. The reason for this is that macro-20 molecules are in fact always shielded by a conductive liquid. This means that electric fields caused by the protein molecules beyond a small distance corresponding to the Debye length are no longer detectable.
25 Het is een doel van de uitvinding een sensor-inrichting te verschaffen die op eenvoudige wijze ook door anderen dan alleen laboratoriummedewerkers bediend kan worden.It is an object of the invention to provide a sensor device which can also be operated in a simple manner by persons other than only laboratory employees.
Een ander doel is het verschaffen van een sensor-inrichting die ook buiten een laboratorium op ruime schaal 30 toegepast kan worden, bijvoorbeeld aan een ziekenhuisbed, in een huisartsenpraktijk, in de thuiszorg, in situaties van eerste hulpverlening of bij bepalingen van verontreinigingen in lucht, water of bodem.Another object is to provide a sensor device which can also be used extensively outside a laboratory, for example on a hospital bed, in a general practice, in home care, in situations of first aid or in determining contaminants in air, water or soil.
Nog een doel is het verschaffen van een sensor-inrichting 35 die een hogere nauwkeurigheid heeft dan de bekende inrichting.Another object is to provide a sensor device 35 that has a higher accuracy than the known device.
Deze doelen worden bereikt, en andere voordelen worden 100 841 1 <|' Ί 3 behaald, met een sensor-inrichting van de in de aanhef genoemde soort, waarin overeenkomstig de uitvinding de eerste reagenshouder, de sensormiddelen en de monsterhouder zijn verschaft op een drager waarop voorts is verschaft ten minste 5 een tweede reagenshouder voor een tweede reagens dat bij contact met het analyte een tweede verandering in elektrische lading van het analyte veroorzaakt.These goals are being achieved, and other benefits are becoming 100 841 1 <| ' Ί 3, with a sensor device of the type mentioned in the preamble, in which, according to the invention, the first reagent container, the sensor means and the sample container are provided on a carrier on which at least 5 is provided a second reagent container for a second reagent on contact with the analyte causes a second change in electrical charge of the analyte.
Het verschaffen van de genoemde componenten van een sensor-inrichting op een drager maakt deze inrichting 10 geschikt om te worden bediend door anderen dan hoog opgeleide laboratoriummedewerkers, terwijl de plaats van gebruik ook niet beperkt is tot een laboratorium.The provision of the said components of a sensor device on a support makes this device 10 suitable for operation by persons other than highly trained laboratory workers, while the location of use is also not limited to a laboratory.
Het verschaffen van een tweede reagenshouder in een sensor-inrichting volgens de uitvinding maakt deze inrichting 15 geschikt voor het uitvoeren van dynamische metingen, waardoor de gevoeligheid sterk wordt verhoogd ten opzichte van de statische meting die met een sensor-inrichting met slechts één reagenshouder kan worden uitgevoerd. Bij een dynamische meting in een sensor-inrichting volgens de uitvinding wordt 20 een analyte-systeem aan een sensor-oppervlak gestimuleerd door bijvoorbeeld een concentratieverandering van een elektrolyt, en wordt de respons op deze stimulus gemeten. De amplitude van deze respons is gerelateerd aan de soort en de concentratie van het geïmmobiliseerde analyte.The provision of a second reagent container in a sensor device according to the invention makes this device 15 suitable for performing dynamic measurements, whereby the sensitivity is greatly increased compared to the static measurement that can be achieved with a sensor device with only one reagent container. executed. In a dynamic measurement in a sensor device according to the invention, an analyte system on a sensor surface is stimulated by, for example, a change in concentration of an electrolyte, and the response to this stimulus is measured. The amplitude of this response is related to the type and concentration of the immobilized analyte.
25 In een voordelige uitvoeringsvorm van een sensor- inrichting overeenkomstig de uitvinding omvat deze een cassette die geschikt is voor het inbrengen in een contact-inrichting die is voorzien van aansluitcontacten voor de sensormiddelen.In an advantageous embodiment of a sensor device according to the invention, it comprises a cassette suitable for insertion into a contact device provided with connection contacts for the sensor means.
30 Een sensor-inrichting die een cassette omvat maakt het op eenvoudige wijze mogelijk het vullen van de monsterhouder (bijvoorbeeld met een druppel bloed van een bedlegerige patiënt) en de analyse van dat monster (bijvoorbeeld in een ziekenhuislaboratorium) door eenzelfde, niet in 35 laboratoriumtechnieken geschoolde persoon, te laten uitvoeren.A sensor device comprising a cassette makes it possible in a simple manner to fill the sample holder (for example with a drop of blood from a bedridden patient) and to analyze that sample (for example in a hospital laboratory) by the same, not in laboratory techniques. trained person.
In weer een uitvoeringsvorm zijn de eerste en tweede 10UÖ411 4 reagenshouder (bij voorkeur afzonderlijk) te openen door het daarop uitoefenen van een bepaalde druk.In yet another embodiment, the first and second 10UO411 4 reagent container can be opened (preferably separately) by applying a certain pressure thereon.
In een voordelige uitvoeringsvorm omvatten de sensormiddelen in een sensor-inrichting overeenkomstig de 5 uitvinding potentiometrische sensor.In an advantageous embodiment, the sensor means in a sensor device according to the invention comprise a potentiometric sensor.
In een zeer voordelige uitvoeringsvorm omvat deze potentiometrische sensor een ion-gevoelige veldeffecttransistor (ISFET) waarvan het oppervlak modificeerbaar is door absorptie daaraan van analyte, en zijn 10 het eerste en het tweede reagens zodanig gekozen dat deze bij contact met het analyte een verschillende verandering in elektrische lading van het analyte veroorzaken.In a very advantageous embodiment, this potentiometric sensor comprises an ion-sensitive field effect transistor (ISFET), the surface of which is modifiable by absorption of the analyte, and the first and second reagents are chosen such that upon contact with the analyte they have a different change in cause electrical charge of the analyte.
Bij voorkeur is deze laatste sensor-inrichting ingericht voor het afwisselend in contact brengen van het eerste en het 15 tweede reagens met de ISFET voor het veroorzaken van respectieve door de ISFET te meten verschillende veranderingen in elektrische lading van het analyte. Het eerste en het tweede reagens bevatten hiertoe bijvoorbeeld respectievelijk een eerste en een tweede analyte van 20 verschillende concentratie.Preferably, the latter sensor device is adapted to alternately contact the first and second reagents with the ISFET to cause respective changes in electrical charge of the analyte to be measured by the ISFET. To this end, the first and second reagents contain, for example, a first and a second analyte of 20 different concentrations, respectively.
' Het afwisselende contact van analyt uit de monsterhouder met respectievelijk het eerste en het tweede reagens veroorzaakt telkenmale een zogenaamde ion-stap in de ISFET.The alternate contact of analyte from the sample holder with the first and the second reagent, respectively, causes a so-called ion step in the ISFET.
In een uitvoeringsvorm waarin de sensormiddelen een ISFET 25 omvatten, omvatten deze voorts een referentie-elektrode. Om te bevorderen dat de spanning op deze referentie-elektrode niet wordt beïnvloed door een ion-stap, bevatten in een voordelige uitvoeringsvorm de eerste en de tweede elektrolyt verschillende bestanddelen.In an embodiment in which the sensor means comprise an ISFET 25, they further comprise a reference electrode. In order to promote that the voltage on this reference electrode is not influenced by an ion step, in an advantageous embodiment the first and the second electrolyte contain different components.
30 Bij voorkeur omvat een sensor-inrichting overeenkomstig de uitvinding een overloophouder voor vloeistof.Preferably, a sensor device according to the invention comprises an overflow container for liquid.
In deze overloophouder worden vloeistofmonster of bestanddelen daarvan en overtollig eerste en tweede reagens opgevangen, zodat de drager respectievelijk de cassette 35 tijdens het uitlezen van de sensormiddelen schoon en droog blijven, en de monstervloeistof, bijvoorbeeld een bloedmonster, niet in contact kan komen met de persoon die de 1008411 5 betreffende meting verricht.Liquid sample or components thereof and surplus first and second reagents are collected in this overflow holder, so that the carrier or the cassette 35, respectively, remain clean and dry during the reading of the sensor means, and the sample liquid, for example a blood sample, cannot come into contact with the person 1008411 5 performs the measurement in question.
In een uitvoeringsvorm waarin de sensormiddelen een ISFET omvatten, omvatten deze voorts een referentie-elektrode, die in een voordelige uitvoeringsvorm is verschaft in een 5 overloophouder voor monstervloeistof.In an embodiment in which the sensor means comprise an ISFET, they further comprise a reference electrode, which in an advantageous embodiment is provided in an overflow container for sample liquid.
De uitvinding heeft voorts betrekking op een contact-inrichting voor een hierboven beschreven sensor-inrichting, welke contact-inrichting overeenkomstig de uitvinding is voorzien van actuatormiddelen voor het in contact brengen van 10 het eerste respectievelijk het tweede reagens met in contact met de sensormiddelen gebracht analyte.The invention further relates to a contact device for a sensor device described above, which contact device according to the invention is provided with actuator means for contacting the first and the second reagent with analyte brought into contact with the sensor means. .
Afhankelijk van de uitvoeringsvorm van de sensor-inrichting is de contact-inrichting voorzien van drukmiddelen voor het uitoefenen van een bepaalde druk op de eerste en 15 tweede reagenshouder.Depending on the embodiment of the sensor device, the contact device is provided with pressure means for exerting a certain pressure on the first and second reagent container.
Deze drukmiddelen omvatten bijvoorbeeld een over het oppervlak van de cassette beweegbare aandrukrol of een op het oppervlak van de cassette plaatsbare aandrukstempel.These printing means comprise, for example, a pressure roller movable over the surface of the cassette or a pressure stamp which can be placed on the surface of the cassette.
Afhankelijk van de uitvoeringsvorm van de sensor-20 inrichting zijn de actuatormiddelen in de contact-inrichting ingericht voor het afzonderlijk in contact brengen van het eerste respectievelijk het tweede reagens met vloeistof in de monsterhouder.Depending on the embodiment of the sensor device, the actuator means in the contact device are arranged for separately contacting the first and the second reagent with liquid in the sample container.
Afhankelijk van de uitvoeringsvorm van de sensor-25 inrichting is de contact-inrichting voorzien van contactmiddelen voor een ion-gevoelige veldeffecttransistor (ISFET), waarbij de actuatormiddelen bijvoorbeeld zijn ingericht voor het afwisselend in contact brengen van het eerste en het tweede reagens met in contact met de 30 sensormiddelen gebracht analyte.Depending on the embodiment of the sensor device, the contact device is provided with contact means for an ion-sensitive field effect transistor (ISFET), the actuator means being arranged, for example, for alternating contacting of the first and second reagents with analyte brought with the 30 sensor means.
In weer een uitvoeringsvorm van een contact-inrichting is deze voorzien van contactmiddelen voor een referentie-elektrode .In yet another embodiment of a contact device, it is provided with contact means for a reference electrode.
Een cassette volgens de uitvinding is op eenvoudige wijze 35 vervaardigbaar uit plaatmaterialen zoals karton, kunststoffen of laminaten, waarbij de reagenshouders uit kunststoffolies gevormd kunnen zijn op een wijze die op zich bekend is uit de 1008411 - 6 fabricage van reservoirs voor ontwikkelaar voor instant-fotopapier, of uit de verpakkingsindustrie bekende zogeheten kunststof "blistermaterialen". Een aldus vervaardigde cassette voor eenmalig gebruik is bijvoorbeeld geschikt voor 5 maar niet beperkt tot het verrichten van medische, biotechnologische, milieu-technische of veterinaire bepalingen.A cassette according to the invention can be manufactured in a simple manner from sheet materials such as cardboard, plastics or laminates, wherein the reagent containers can be formed from plastic films in a manner known per se from the manufacture of reservoirs for developer for instant photo paper. , or so-called plastic "blister materials" known from the packaging industry. For example, a disposable cassette thus manufactured is suitable for, but not limited to, performing medical, biotechnological, environmental, or veterinary determinations.
De uitvinding zal in het volgende worden toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden, met verwijzing naar de 10 bijgevoegde tekeningen.The invention will be elucidated hereinbelow on the basis of exemplary embodiments, with reference to the attached drawings.
In de tekeningen tonenShow in the drawings
Fig. 1 in perspectivisch aanzicht een eerste uitvoeringsvorm van een cassette en een schematische weergave van een uitleesinrichting volgens de uitvinding, 15 Fig. 2 in bovenaanzicht een tweede uitvoeringsvorm van een cassette volgens de uitvinding,Fig. 1 is a perspective view of a first embodiment of a cassette and a schematic representation of a reading device according to the invention, FIG. 2 a plan view of a second embodiment of a cassette according to the invention,
Fig. 3 in een langsdoorsnede de cassette van Fig. 2, ingebracht in een tweede uitvoeringsvorm van een uitleesinrichting onder een drukstempel, 20 Fig. 4 in een dwarsdoorsnede de cassette van Fig. 2, ingebracht in een tweede uitvoeringsvorm van een uitleesinrichting,Fig. 3 in a longitudinal section of the cassette of FIG. 2, inserted in a second embodiment of a reading device under a pressure punch, FIG. 4 shows the cassette of FIG. 2, inserted in a second embodiment of a reading device,
Fig. 5 in bovenaanzicht een derde uitvoeringsvorm van een cassette volgens de uitvinding, en 25 Fig. 6 een grafische weergave van het verloop van de stroom van de aandrijfmotor van het drukstempel van Fig. 3 als functie van de tijd gedurende het aandrijven van dit stempel.Fig. 5 is a top plan view of a third embodiment of a cassette according to the invention, and FIG. 6 is a graphical representation of the flow of current of the driving motor of the pressure punch of FIG. 3 as a function of time during the driving of this stamp.
In de figuren zijn overeenkomstige onderdelen met 30 dezelfde verwijzingsgetallen aangeduid.In the figures, corresponding parts are designated with the same reference numerals.
Fig. 1 toont een cassette 1 en een daarvoor geschikt uitleesapparaat 3. Op een dragerplaat 7 van de cassette 1 zijn een eerste reservoir 4, gevuld met een oplossing van KC1 (concentratie 10 mM) en een tweede reservoir 8, gevuld met 35 een oplossing van KC1 (concentratie 10 mM) en KN03 (concentratie 90 mM) aangebracht, elk vervaardigd uit een flexibel foliemateriaal en ter plaatse van respectieve ; 1008411 i 7 kanalen 9, 10 afgesloten door respectieve lassen 11, 12 die bij het uitoefenen van een druk op de reagentia in de reservoirs 4, 8 openbarsten. De kanalen 9, 10 zijn gevormd door de dragerplaat 7, daarop aangebrachte tussensegmenten 13 5 en een dekplaat (niet getoond), en leiden naar een ISFET 5 met een daarin geïntegreerde Ag/AgCl referentie-elektrode. In de dekplaat is een opening gevormd die toegang biedt tot een monsterholte 6 boven de ISFET 5. Over de dekplaat leiden contactstroken 14-16 voor respectievelijk source en drain van 10 de ISFET 5 en de referentie-elektrode (niet getoond). Het schematisch weergegeven uitleesapparaat 3 omvat drukrollen 17, 17' en 18, 18' voor respectievelijk het eerste 4 en tweede reservoir 8, en contactstroken 14'-16' die corresponderen met de respectieve contactstroken 14-16 op de 15 cassette 1.Fig. 1 shows a cassette 1 and a suitable reading device 3. On a carrier plate 7 of the cassette 1 there is a first reservoir 4, filled with a solution of KC1 (concentration 10 mM) and a second reservoir 8, filled with a solution of KC1 (concentration 10 mM) and KNO 3 (concentration 90 mM), each made of a flexible foil material and at the location of respective; 1008411 i 7 channels 9, 10 closed by respective welds 11, 12 which burst open upon application of the reagents in the reservoirs 4, 8. The channels 9, 10 are formed by the carrier plate 7, intermediate segments 13 5 mounted thereon and a cover plate (not shown), and lead to an ISFET 5 with an Ag / AgCl reference electrode integrated therein. An opening is formed in the cover plate to provide access to a sample well 6 above the ISFET 5. Contact strips 14-16 for source and drain of the ISFET 5 and the reference electrode (not shown) lead across the cover plate. The schematically shown reading device 3 comprises pressure rollers 17, 17 'and 18, 18' for the first 4 and second reservoir 8, respectively, and contact strips 14'-16 'corresponding to the respective contact strips 14-16 on the cassette 1.
De getoonde cassette 1 is bijvoorbeeld toepasbaar als immuno-sensor, geschikt voor het bepalen van een antigeen-concentratie. Hiertoe is op een poreus polystyreen membraan op de ISFET 5 als "ligand" een antilichaam (proteïne) 20 geïmmobiliseerd. In de monsterhouder 6 wordt een monster met antigenen ingebracht, waarvan de concentratie moet worden bepaald. Vervolgens wordt de cassette 1 volgens de richting van de pijl 19 in het uitleesapparaat 3 geschoven. Hierbij ontstaat eerst een contact tussen de contactstroken 14-16 en 25 de corresponderende contactstroken 14'-16', wordt vervolgens de lasnaad 11 van het eerste reservoir 4 onder druk van de drukrollen 17, 17' geopend en stroomt het eerste reagens uit het eerste reservoir 4 via kanaal 9 naar de ISFET 5, waarna de lasnaad 12 van het tweede reservoir 8 onder druk van de 30 drukrollen 18, 18' wordt geopend en het tweede reagens uit het tweede reservoir 8 via kanaal 10 naar de ISFET 5 stroomt. De concentratie van het monster met antigenen kan vervolgens worden bepaald uit een meting van de respons van de ISFET 5 op de aangeboden stap in ion-concentratie van het reagentia. 35 De respons van de ISFET 5 is een gevolg van de tijdelijke verandering in zuurgraad (pH) van het membraan ten gevolge van een zogenaamde protonen-afgifte van titreerbare groepen 1008411 δ van de aan de ISFET geïmmobiliseerde proteïne-moleculen. Deze snelle en tijdelijke pH-verandering wordt gemeten door de ISFET 5 met geïntegreerde referentie-elektrode.The cassette 1 shown can be used, for example, as an immuno-sensor, suitable for determining an antigen concentration. For this purpose, an antibody (protein) is immobilized on a porous polystyrene membrane on the ISFET 5 as a "ligand". A sample with antigens, the concentration of which must be determined, is introduced into the sample holder 6. Then the cassette 1 is inserted in the reading device 3 in the direction of the arrow 19. This first creates a contact between the contact strips 14-16 and 25, the corresponding contact strips 14'-16 ', the welding seam 11 of the first reservoir 4 is then opened under pressure from the pressure rollers 17, 17' and the first reagent flows out of the first reservoir 4 via channel 9 to ISFET 5, after which the welding seam 12 of the second reservoir 8 is opened under pressure from the pressure rollers 18, 18 'and the second reagent flows from the second reservoir 8 via channel 10 to ISFET 5. The concentration of the sample with antigens can then be determined from a measurement of the response of the ISFET 5 to the offered step in ion concentration of the reagents. The response of ISFET 5 is due to the transient change in membrane acidity (pH) due to a so-called proton release of titratable groups 1008411 δ of the protein molecules immobilized on the ISFET. This rapid and temporary change in pH is measured by the ISFET 5 with integrated reference electrode.
Ligand/analyte-koppels die een geschikte de stimulus-respons 5 vertonen omvatten bijvoorbeeld (van een geschikt ladingslabel voorzien) progesteron/anti-progesteron en protamine/heparine. Gevonden is dat een voor de bepaling van een analyte benodigd ligand niet altijd op een membraan hoeft te zijn geïmmobiliseerd, maar dat sommige liganden, bijvoorbeeld het 10 eiwit protamine, rechtstreeks aan het oppervlak van een ISFET geïmmobiliseerd kunnen worden. Protamine is bijvoorbeeld geschikt als ligand in een sensor-inrichting voor de bepaling van de concentratie heparine in een bloedmonster.Ligand / analyte couples that suitably display the stimulus response include, for example (appropriately labeled) progesterone / anti-progesterone and protamine / heparin. It has been found that a ligand required for the determination of an analyte does not always have to be immobilized on a membrane, but that some ligands, for example the protein protamine, can be immobilized directly on the surface of an ISFET. Protamine is suitable, for example, as a ligand in a sensor device for determining the concentration of heparin in a blood sample.
Fig. 2 toont een tweede uitvoeringsvorm van een cassette 15 2. Op uit een polycarbonaat vervaardigde dragerplaat 7 met een oppervlak van ca. 60 x 70 mm zijn een eerste reservoir 4, gevuld met een oplossing van KC1 (concentratie 10 mM) en een tweede reservoir 8, gevuld met een oplossing van KC1 (concentratie 11,3 mM) en KN03 (concentratie 88,7 mM) 20 aangebracht, elk vervaardigd uit een flexibel foliemateriaal en ter plaatse van respectieve kanalen 9, 10 afgesloten door respectieve lassen 11, 12 die bij het uitoefenen van een druk op de reagentia in de reservoirs 4, 8 openbarsten. De kanalen 9, 10, die zijn gevormd door de dragerplaat 7, daarop 25 aangebrachte tussensegmenten 13 en een dekplaat (26, getoond in fig. 3), hebben een dwarsdoorsnede van ca. 1000 x 150 μπι en leiden naar een ISFET 5. De ISFET 5 is op een op zich bekende wijze vervaardigd met een gate uit Ta2Os, voorzien van contactstroken 20, 21 voor respectievelijk de source en 30 drain van de ISFET 5, en is met epoxyhars op de dragerplaat 7 bevestigd, op zodanige wijze dat de gate met zijn grootste afmeting dwars op de stromingsrichting van monstervloeistof en reagentia is geplaatst. In de dekplaat is een opening gevormd die toegang biedt tot een monsterhouder 6 boven de 35 ISFET 5. De monsterhouder 6 is aan zijn onderzijde afgesloten = door een membraan 32 van nitrocelullose, dat als filter werkt. Bij inbrengen van bijvoorbeeld een bloedmonster in de ] 1008411 si 9 monsterhouder 6 blijven bloedcellen daarin achter, terwijl bloedplasma met proteïnen waarvan de concentratie moet worden bepaald via overloopkanaal 22 in contact komt met de ISFET 5, die dan wordt geïncubeerd met de proteïnen. Overloopkanaal 22 5 leidt naar een van een ontluchtingsopening 23 voorzien overloopreservoir 24 met een daarin aanwezige Ag/AgCl referentie-elektrode 25. Teneinde interferentie van de respons van de referentie-elektrode 25 met de respons van de ISFET 5 te vermijden kan bij wijze van alternatief de 10 referentie-elektrode 25 geplaatst zijn in een van de kanalen 9, 10, waarin de concentratie elektrolyt constant is.Fig. 2 shows a second embodiment of a cassette 15 2. On a polycarbonate carrier plate 7 with a surface of approximately 60 x 70 mm, a first reservoir 4 is filled with a solution of KC1 (concentration 10 mM) and a second reservoir 8 , filled with a solution of KCl (concentration 11.3 mM) and KNO3 (concentration 88.7 mM) 20 applied, each made of a flexible foil material and closed at respective channels 9, 10 by respective welds 11, 12 which are applying pressure to the reagents in reservoirs 4, 8 burst open. The channels 9, 10, which are formed by the carrier plate 7, intermediate segments 13 mounted thereon and a cover plate (26, shown in Fig. 3), have a cross section of approximately 1000 x 150 μπι and lead to an ISFET 5. The ISFET 5 is manufactured in a manner known per se with a gate of Ta2Os, provided with contact strips 20, 21 for the source and drain of the ISFET 5, respectively, and is attached to the carrier plate 7 with epoxy resin in such a way that the gate with its largest dimension placed transverse to the flow direction of sample liquid and reagents. An opening is formed in the cover plate to provide access to a sample holder 6 above the ISFET 5. The sample holder 6 is closed at its bottom by a membrane 32 of nitrocelullose, which acts as a filter. For example, upon insertion of a blood sample into the sample container 6, blood cells remain therein, while blood plasma containing proteins to be determined via overflow channel 22 contacts the ISFET 5, which is then incubated with the proteins. Overflow channel 22 leads to an overflow reservoir 24 provided with a vent opening 23 with an Ag / AgCl reference electrode 25 therein. In order to avoid interference of the response of the reference electrode 25 with the response of the ISFET 5, it is alternatively possible the reference electrode 25 are placed in one of the channels 9, 10, in which the concentration of electrolyte is constant.
Fig. 3 is een langsdoorsnede van de cassette 2 van Fig. 2 langs de lijn III-III, getoond in een situatie waarin de cassette 2 is ingebracht in een tweede uitvoeringsvorm van 15 een uitleesinrichting onder een drukstempel 27. Getoond is hoe het eerste reservoir 4 ter plaatse van de lasnaad 11 met behulp van een siliconenrubber 28 is vastgehecht tussen de dragerplaat 7 en de dekplaat 26, welke platen 7, 26 door tussensegmenten 13 gescheiden zijn, en waartussen ruimtes 20 zijn gevormd voor een overloopreservoir 24 en (niet in deze doorsnede getoond) de kanalen 9, 10 en de monsterhouder 6.Fig. 3 is a longitudinal section of the cassette 2 of FIG. 2 along the line III-III, shown in a situation where the cassette 2 is inserted in a second embodiment of a reading device under a pressure punch 27. It is shown how the first reservoir 4 at the weld seam 11 using a silicone rubber 28 is bonded between the carrier plate 7 and the cover plate 26, which plates 7, 26 are separated by intermediate segments 13, and between which spaces 20 are formed for an overflow reservoir 24 and (not shown in this section) channels 9, 10 and sample holder 6.
Fig. 4 is een dwarsdoorsnede van de cassette 2 van Fig. 2 langs de lijn IV-IV, getoond in een situatie waarin de cassette 2 is ingebracht in een tweede uitvoeringsvorm van 25 een uitleesinrichting onder contactpennen 20', 21' voor de corresponderende contactstroken 20, 21 van respectievelijk de source en drain van de ISFET 5. Getoond is hoe de ISFET 5 met behulp van een epoxyhars 30 in een holte in de polycarbonaat dragerplaat 7 is bevestigd.Fig. 4 is a cross section of the cassette 2 of FIG. 2 along line IV-IV, shown in a situation where the cassette 2 is inserted in a second embodiment of a reader under contact pins 20 ', 21' for the corresponding contact strips 20, 21 of the source and drain of the ISFET 5, respectively. It is shown how the ISFET 5 is fixed in a cavity in the polycarbonate carrier plate 7 with the aid of an epoxy resin 30.
30 Het uitleesapparaat voor in de figuren 2-4 getoonde cassette 2 bevat twee door een gelijkstroommotor aangedreven stempels (27, Fig. 3) en een interface. Teneinde het openen van de reservoirs 4, 8 te kunnen detecteren en de vloeistofstromen te kunnen regelen wordt de motorstroom 35 gemeten. Hiermeer vervalt de behoefte aan druk- en geleidbaarheidsensors. Uit de motorstroom en -spanning kunnen zowel de hoeksnelheid van de motor (die een maat is voor de 10084 1 1 10 vloeistofstroom) als het koppel (dat een maat is voor de door een stempel uitgeoefende druk) worden afgeleid. Aan het begin van een meetcyclus wordt een eerste stempel 27 volgens pijl 29 (Fig. 3) neerwaarts gedrukt teneinde het eerste reservoir 5 4 te openen. Het openbarsten van de eerste lasnaad 11 wordt waargenomen als een plotselinge daling in de motorstroom, veroorzaakt door een plotselinge daling in de belasting. Deze plotselinge stroomdaling wordt door een banddoorlaatfilter geconverteerd in een spanningspiek die een Schmitt-trigger 10 stuurt, die op zijn beurt een relais bedient om de motor uit te schakelen. Als beide reservoirs 4, 8 geopend zijn, en de stempels 27 stil gezet zijn, zijn de kanalen 9, 10 volledig gevuld met vloeistof uit de reservoirs 4, 8. De belasting die de stempels 27 vanaf dat moment ondervinden is nagenoeg 15 constant. Bijgevolg kan worden volstaan met een beturingssysteem voor de verplaatsing van de stempels 27 om te waarborgen dat het vloeistofdebiet voor iedere vervolgens uit te voeren ion-stap constant is. Het interface in het uitleesapparaat omvat de versterkers voor de aandrijfmotoren 20 voor de stempels 27, de detectoren voor het openen van de lasnaden 11, 12 en positiebepalers voor de stempels 27. Ook is een passief niet-lineair hoogdoorlaatfilter opgenomen in het interface teneinde een gelijkstroomcomponent in het signaal van de ISFET 5 af te snijden.The reader for cassette 2 shown in Figures 2-4 includes two DC motor driven stamps (27, Figure 3) and an interface. In order to detect the opening of the reservoirs 4, 8 and to control the liquid flows, the motor current 35 is measured. This eliminates the need for pressure and conductivity sensors. From the motor current and voltage, both the angular speed of the motor (which is a measure of the 10084 1 1 10 fluid flow) and the torque (which is a measure of the pressure applied by a stamp) can be derived. At the beginning of a measuring cycle, a first punch 27 according to arrow 29 (Fig. 3) is pressed downwards in order to open the first reservoir 54. Bursting of the first weld seam 11 is observed as a sudden drop in motor current caused by a sudden drop in load. This sudden drop in current is converted by a band-pass filter into a voltage spike that controls a Schmitt trigger 10, which in turn operates a relay to turn off the motor. When both reservoirs 4, 8 are opened, and the dies 27 are stopped, the channels 9, 10 are completely filled with liquid from the reservoirs 4, 8. The load that the dies 27 from then on are almost constant. Accordingly, a control system for displacing the punches 27 will suffice to ensure that the liquid flow rate is constant for each ion step subsequently performed. The interface in the reader includes the amplifiers for the punch motors 20 for the punches 27, the detectors for opening the welds 11, 12 and positioners for the punches 27. Also, a passive non-linear high-pass filter is included in the interface to provide a DC component in the signal from the ISFET 5.
25 Fig. 5 toont een derde uitvoeringsvorm van een cassette 33, die verschilt van de cassette 2 van Fig. 2 doordat de monsterhouder 6 niet boven maar op enige afstand van de ISFET 5 is geplaatst, daarmee verbonden via een capillair kanaal 31. Het capillair kanaal 31 is gevuld met een geschikt poreus 30 dragermateriaal, bijvoorbeeld nitrocellulose, waaraan een geschikt ladingslabel is geadsorbeerd. Cassette 33 is in het bijzonder bedoeld voor het bepalen van concentraties van stoffen waarvan de moleculen zelf geen geladen of ioniseerbare groepen bezitten, maar die door cross-linking 35 met het ladingslabel wel tot een door de sensor detecteerbare analyte getransformeerd kunnen worden. De crosB-linking vindt plaats tijdens de periode dat vloeistof uit de monsterhouder Ί 1008411 11 6 via het capillaire kanaal 31 naar de ISFET 5 wordt getransporteerd.FIG. 5 shows a third embodiment of a cassette 33, which is different from the cassette 2 of FIG. 2 in that the sample holder 6 is placed not above but at some distance from the ISFET 5, connected thereto via a capillary channel 31. The capillary channel 31 is filled with a suitable porous carrier material, for example nitrocellulose, to which a suitable loading label has been adsorbed. Cassette 33 is particularly intended for determining concentrations of substances whose molecules themselves do not have charged or ionizable groups, but which can be transformed into a sensor detectable analyte by cross-linking with the charge label. The crosB linking takes place during the period that liquid is transported from the sample container Ί 1008411 11 6 via the capillary channel 31 to the ISFET 5.
Fig. 6 een grafische weergave van het verloop van de stroom van de aandrijfmotor van het drukstempel 27 van Fig. 3 5 als functie van de tijd gedurende het aandrijven van dit stempel 27 om het reservoir 4 te openen. Getoond is hoe gedurende een eerste periode (a) van ca. 2,4 s een druk wordt opgebouwd, waarna in een korte periode (b) de lasnaad 11 openbarst en de druk geheel wegvalt. Het negatieve gedeelte 10 (c) van de grafiek wordt veroorzaakt door het uitschakelen van de motorstroom. Na detectie van het openen van de reservoirs en het inacht nemen van een rustperiode teneinde de ISFET te laten stabiliseren wordt de concentratie van reagens ter plaatse van de ISFET gealterneerd door de twee 15 aanwezige stempels in het uitleesapparaat (waarvan alleen het eerste stempel 27 is getoond in Fig. 3) alternerend aan te drijven, in de beschreven uitvoeringsvorm met pulsen van 20 V met een duur van 40 ms. Een puls resulteert in een vloeistoftransport van cal 50 μΐ reagens. De stempels hebben 20 een voldoende mechanische stijfheid en vertonen een korte mechanische tijdconstante (ca. 15 ms), waarmee een snelle en duidelijke responsie van het vloeistofsysteem in de cassette op de aangelegd motorspanning gewaarborgd is. De krachten die de stempels kunnen uitoefenen zijn veel groter dan de door de 25 vloeistof in de kanalen 9, 10, 22 ondervonden weerstand, zodat de stempels functioneren als debietregelaars in plaats van drukregelaars. Een meetcyclus met een cassette en een uitleesapparaat volgens de uitvinding verloopt bijvoorbeeld volgens de stappen van (i) het detecteren van het openen van 30 de reservoirs (4, 8) met reagentia, (ii) het stabiliseren van de ISFET (5) en de benodigde versterker gedurende een periode van 5 s, (iii) het gedurende een periode van 100 ms voorpompen met beide stempels (27), (iv) het wijzingen van de ionenconcentratie ter plaatse van de ISFET (5) door het 35 actieve stempel elke seconde te wisselen (40 ms pompen, 960 ms rust), (v) het verwerken van de resultaten, en (vi) het terugverplaatsen van de stempels naar de startpositie.Fig. 6 is a graphical representation of the flow of current from the driving motor of the pressure punch 27 of FIG. 3 as a function of time during driving this punch 27 to open the reservoir 4. It has been shown how a pressure is built up during an initial period (a) of approx. 2.4 s, after which the welding seam 11 bursts open in a short period (b) and the pressure drops completely. The negative part 10 (c) of the graph is caused by the motor current turning off. After detecting the opening of the reservoirs and allowing a rest period to allow the ISFET to stabilize, the concentration of reagent at the site of the ISFET is alternated by the two stamps present in the reader (of which only the first stamp 27 is shown in Fig. 3) to be driven alternately, in the described embodiment with pulses of 20 V with a duration of 40 ms. A pulse results in a liquid transport of cal 50 μΐ reagent. The stamps have sufficient mechanical rigidity and exhibit a short mechanical time constant (approx. 15 ms), which ensures a fast and clear response of the fluid system in the cassette to the applied motor voltage. The forces the stamps can exert are much greater than the resistance encountered by the fluid in channels 9, 10, 22, so that the stamps function as flow regulators instead of pressure regulators. For example, a measuring cycle with a cassette and a reading device according to the invention proceeds according to the steps of (i) detecting the opening of the reservoirs (4, 8) with reagents, (ii) stabilizing the ISFET (5) and the required amplifier for a period of 5 s, (iii) priming for a period of 100 ms with both stamps (27), (iv) changing the ion concentration at the location of the ISFET (5) by the active stamp every second (40 ms pumping, 960 ms rest), (v) processing the results, and (vi) moving the stamps back to the starting position.
10084111008411
Claims (22)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL1008411A NL1008411C2 (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Protein sensor cassette and reader therefor. |
PCT/NL1999/000085 WO1999044046A1 (en) | 1998-02-25 | 1999-02-17 | Cartridge with protein-sensor and reading device therefore |
AU26438/99A AU2643899A (en) | 1998-02-25 | 1999-02-17 | Cartridge with protein-sensor and reading device therefore |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL1008411 | 1998-02-25 | ||
NL1008411A NL1008411C2 (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Protein sensor cassette and reader therefor. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL1008411C2 true NL1008411C2 (en) | 1999-08-26 |
Family
ID=19766610
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL1008411A NL1008411C2 (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Protein sensor cassette and reader therefor. |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU2643899A (en) |
NL (1) | NL1008411C2 (en) |
WO (1) | WO1999044046A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6562210B1 (en) * | 1999-12-30 | 2003-05-13 | Roche Diagnostics Corporation | Cell for electrochemical anaylsis of a sample |
WO2002086162A1 (en) | 2001-04-23 | 2002-10-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Molecular detection chip including mosfet, molecular detection device employing the chip, and molecular detection method using the device |
US20050133697A1 (en) * | 2003-12-23 | 2005-06-23 | Potyrailo Radislav A. | Sensor devices containing co-polymer substrates for analysis of chemical and biological species in water and air |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0127958A2 (en) * | 1983-05-05 | 1984-12-12 | MediSense, Inc. | Sensor electrode systems |
EP0306158A2 (en) * | 1987-08-29 | 1989-03-08 | THORN EMI plc | Cartridge with sensor |
WO1990002938A1 (en) * | 1988-09-15 | 1990-03-22 | I-Stat Corporation | Disposable sensing device for real time fluid analysis |
WO1991009373A1 (en) * | 1989-12-15 | 1991-06-27 | Boehringer Mannheim Corporation | Biosensing instrument and method |
GB2293883A (en) * | 1994-06-30 | 1996-04-10 | Nok Corp | Electrochemical protein biosensor |
-
1998
- 1998-02-25 NL NL1008411A patent/NL1008411C2/en not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-02-17 AU AU26438/99A patent/AU2643899A/en not_active Abandoned
- 1999-02-17 WO PCT/NL1999/000085 patent/WO1999044046A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0127958A2 (en) * | 1983-05-05 | 1984-12-12 | MediSense, Inc. | Sensor electrode systems |
EP0306158A2 (en) * | 1987-08-29 | 1989-03-08 | THORN EMI plc | Cartridge with sensor |
WO1990002938A1 (en) * | 1988-09-15 | 1990-03-22 | I-Stat Corporation | Disposable sensing device for real time fluid analysis |
WO1991009373A1 (en) * | 1989-12-15 | 1991-06-27 | Boehringer Mannheim Corporation | Biosensing instrument and method |
GB2293883A (en) * | 1994-06-30 | 1996-04-10 | Nok Corp | Electrochemical protein biosensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1999044046A1 (en) | 1999-09-02 |
AU2643899A (en) | 1999-09-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2176659B1 (en) | Microfluidic sensor complex structure | |
EP3210009B1 (en) | Paper substrate diagnostic apparatus and related methods and systems | |
JP3339836B2 (en) | Method for manufacturing analytical device | |
JP4891079B2 (en) | Immunoassay device with immune reference electrode | |
US6001307A (en) | Device for analyzing a sample | |
US6548311B1 (en) | Device and method for detecting analytes | |
JP4461393B2 (en) | Immunoassay device with improved sample closure | |
US5837199A (en) | Measurement apparatus for analyzing fluids | |
US20090178935A1 (en) | Miniaturised Biosensor with Optimized Amperometric Detection | |
US20070240986A1 (en) | Microfluidic Device with Minimized Ohmic Resistance | |
CA3033979A1 (en) | Systems and methods for detecting a target analyte in a breath sample | |
RU2007117732A (en) | DETERMINATION OF CONCENTRATION IN THE DIFFUSION BARRIER LAYER | |
JP2006516721A (en) | Multi-layered electrochemical microfluidic sensor containing reagent on porous layer | |
WO2019092531A1 (en) | Ph control for analyte detection | |
CN108120755A (en) | Detection device and its application | |
KR101730288B1 (en) | Methods of electrochemically measuring an analyte with a test sequence having a pulsed dc block as well as devices, apparatuses and systems incorporating the same | |
KR101771829B1 (en) | Descriptor-based methods of electrochemically measuring an analyte as well as devices, apparatuses and systems incoporating the same | |
NL1008411C2 (en) | Protein sensor cassette and reader therefor. | |
US20140090981A1 (en) | Flow control method and apparatuses | |
EP2943786A1 (en) | Electrochemical detection system air washing | |
Dirks et al. | o. Abstract | |
JP3541231B2 (en) | Liquid sample transfer method and liquid sample analysis test device | |
JP4283112B2 (en) | Test equipment | |
Dirks et al. | Development of a Disposable Biosensor Chipcard System | |
Chakraborty et al. | Interdigited Electrodes with Nanoporous Insulator for Sensitive, Selective and Affordable Biosensing System |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20020901 |