RU2655809C2 - Портативное устройство для экспресс-диагностики крови - Google Patents

Портативное устройство для экспресс-диагностики крови Download PDF

Info

Publication number
RU2655809C2
RU2655809C2 RU2016110059A RU2016110059A RU2655809C2 RU 2655809 C2 RU2655809 C2 RU 2655809C2 RU 2016110059 A RU2016110059 A RU 2016110059A RU 2016110059 A RU2016110059 A RU 2016110059A RU 2655809 C2 RU2655809 C2 RU 2655809C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blood
portable device
graphene
chips
antibodies
Prior art date
Application number
RU2016110059A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016110059A (ru
Inventor
Сергей Валентинович Новиков
Константин Викторович Бородкин
Юрий Николаевич Макаров
Александр Викторович Зубов
Александр Александрович Лебедев
Original Assignee
Сергей Валентинович Новиков
Константин Викторович Бородкин
Юрий Николаевич Макаров
Александр Викторович Зубов
Александр Александрович Лебедев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Валентинович Новиков, Константин Викторович Бородкин, Юрий Николаевич Макаров, Александр Викторович Зубов, Александр Александрович Лебедев filed Critical Сергей Валентинович Новиков
Priority to RU2016110059A priority Critical patent/RU2655809C2/ru
Publication of RU2016110059A publication Critical patent/RU2016110059A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2655809C2 publication Critical patent/RU2655809C2/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/80Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving blood groups or blood types or red blood cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/021Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance before and after chemical transformation of the material
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к анализу биологических материалов и измерению характеристик крови в живом организме, в частности к определению группы крови и резус-фактора. Портативное устройство для экспресс-диагностики группы крови и резус-фактора включает сменный картридж, снабженный измерительными элементами, выполненными в форме графеновых чипов, установленных на общей плате с электрическими контактными площадками и снабженных средством индикации изменения их сопротивления. При этом на поверхность чипов нанесены групповые антитела против антигенов эритроцитов, а картридж размещен в корпусе, выполненном из верхней и нижней половин, герметично соединенных между собой и образующих внутреннюю герметичную полость, заполненную физиологическим раствором. Корпус также снабжен отверстием для доставки биологического материала и средством герметичного закрытия отверстия. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы портативного устройства для экспресс-диагностики группы крови и резус-фактора за счет уменьшения требуемого объема исследуемого образца крови при одновременном повышении скорости определения группы крови и резус-фактора. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к анализу биологических материалов с использованием диффузии и миграции антигена или антитела, а также к измерению характеристик крови в живом организме, в частности к определению группы и резус-фактора крови.
Известно устройство для определения группы крови человека аппаратным способом (Н.С. Тархов, В.Л. Стекачева. Портативное устройство для экспресс-диагностики группы крови человека. Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 12. Ч. 1), работа которого основана на анализе результатов реакции антиген-антитело.
Определение группы крови и резус-фактора связано с реакций агглютинации, в процессе которой происходит изменение плотности, вязкости вещества, повышается давление. Эти параметры можно зафиксировать различными датчиками. При изменении веществом своих свойств изменяются, в частности, его акустические характеристики и, в конечном счете, акустическая нагрузка резонатора.
Для исследования анализируемой крови, упрощения процесса и повышения точности исследований разработан специальный сменный картридж, имеющий прямоугольную форму и выполненный с лунками для размещения реактивов и крови, расположенными параллельно длинной стороне, при этом количество кювет является необходимым и достаточным для анализа крови на выявление принадлежности к одной из известных групп. Под ними расположены проницаемые мембраны и датчики сверхнизкого давления.
Исследование крови с помощью известного устройства требует значительных затрат времени, что связано с необходимостью раскапывать анализируемую кровь в лунки для размещения реактивов и определять группы крови в течение 5 минут, требует достаточно большого количества исследуемого биологического материала и требует применения датчика сверхнизкого давления и усилителя импульса датчика.
Известно также портативное устройство для экспресс-диагностики крови, включающее сменный картридж, снабженный измерительными элементами, содержащими антитела против антигенов эритроцитов (Патент США US 5863802, заявл. Dec. 27, 1995, опубл. Jan. 26, 1999). В устройстве предусмотрен, по крайней мере, один сосуд для реакций, инертные частицы (гель) и одно связанное с носителями антитело и/или антиген в сосуде для реакций. Сосуды для реакций могут быть выполнены в виде микропробирок и закреплены на пластиковой карте для тестов. Предпочтительно, что на одной такой карте может быть закреплено 6 микропробирок. Данное устройство позволяет получить стабильные и воспроизводимые результаты измерений.
Вместе с тем, использование карт данного комплекта имеет ряд недостатков.
В связи с существующим ограничением на количество микропробирок на одной карте в случае углубленного анализа крови требуется использование нескольких карт. Для внесения эритроцитов или сыворотки в микропробирки необходимо раскапывание биологического материала в каждую микропробирку. Проведение измерений требует центрифугирования карт с микропробирками. Процесс центрифугирования продолжителен и составляет 10 минут. К процессу центрифугирования также предъявляются требования по допуску скорости вращения. Для подтверждения достоверности результатов измерений с помощью данных карт требуется наличие дополнительной контрольной микропробирки, содержащей нейтральный гель без антител. Визуальная субъективная оценка результата измерений требует наличия опытного персонала. Автоматическая оценка результатов требует использования оптики с системой расшифровки. Повышенные требования к опыту персонала необходимы также в случае слабой реакции агглютинации. Результаты измерений должны быть занесены в соответствующие графы карты и идентифицированы по системам АВО, резус и системе Kell. Для исследования по системам АВО, резус и системе Kell необходимо использовать соответствующие отдельные карты.
Задачей создания изобретения является повышение оперативности определения группы крови и резус-фактора, упрощение процесса при одновременном повышении эффективности работы устройства за счет уменьшения количества крови, используемой в процессе анализа.
Поставленная задача решается за счет того, что в портативном устройстве для экспресс-диагностики крови, включающем сменный картридж, снабженный измерительными элементами, содержащими антитела против антигенов эритроцитов, в качестве измерительных элементов использованы датчики на основе графена, соединенные со схемой регистрации измерений электрических параметров датчиков на основе графена, антитела против антигенов эритроцитов нанесены на биоспецифический слой, нанесенный на поверхность графена, при этом датчики на основе графена установлены на общей плате, помещенной в герметичный корпус сменного картриджа, заполненного физиологическим раствором с возможностью полного погружения в физиологический раствор всех датчиков, а в корпусе сменного картриджа предусмотрено отверстие для доставки крови и средство герметичного закрытия отверстия.
Портативное устройство для экспресс-диагностики крови, например, может содержать четыре установленных на общей плате датчика на основе графена, на поверхность каждого из которых нанесено одно из антител: анти-А, анти-В, анти-АВ и анти-D.
В другом варианте исполнения портативное устройство для экспресс-диагностики крови может содержать семь установленных на общей плате датчиков на основе графена, на поверхность каждого из которых нанесено одно из антител: анти-С, анти-с, анти-Е, анти-е, aHTH-Cw, анти-К и анти-к.
В некоторых случаях целесообразно, чтобы портативное устройство для экспресс-диагностики крови содержало одиннадцать установленных на общей плате датчиков на основе графена, на поверхность каждого из которых нанесено одно из антител: анти-А, анти-В, анти-АВ, анти-D, анти-С, анти-с, анти-Е, анти-е, анти-Cw, анти-К и анти-к.
Датчики на основе графена могут быть установлены на общей плате непосредственно под отверстием доставки крови. Поверхность датчиков модифицирована фенил-аминными группами с помощью двухстадийной электрохимической реакции. Фенил-аминные группы на поверхности графена являются якорями для закрепления белков-антител на поверхности датчика.
Малые размеры датчиков, объединение отверстия с емкостью, содержащей физиологический раствор, и отсутствие каналов доставки в системе доставки исследуемого биологического материала в корпус сменного картриджа позволяют обеспечить повышение оперативности работы устройства в целом и значительно уменьшить количество крови, требуемой для проведения исследований.
Поскольку в предлагаемом устройстве датчики на основе графена, установленные на общей плате, помещены в корпус сменного картриджа, заполненного физиологическим раствором, с обеспечением полного погружения всех датчиков в физиологический раствор, при доставке в корпус сменного картриджа с физиологическим раствором через отверстие в верхней половине корпуса всего одной капли крови, кровь, помещенная в физиологический раствор, равномерно распределяется по всему объему физиологического раствора и реакция агглютинации происходит или не происходит на всех датчиках одновременно, что сразу фиксируется схемой регистрации измерений электрических параметров датчиков на основе графена и обрабатывается этой схемой с выдачей окончательного результата о группе крови и резус-факторе на дисплей, печать и другие средства визуализации и документирования. Следует отметить, что для определения группы крови и резус-фактора требуется всего одна капля, т.е. количество используемого биологического материала минимально. Отсутствие необходимости в использовании специального датчика сверхнизкого давления с усилителем импульса датчика или специального процесса гель-фильтрации с помощью центрифуги позволяют в предлагаемом устройстве упростить процесс определения группы крови и резус-фактора. Использование в качестве измерительных элементов датчиков на основе графена повышает эффективность работы предлагаемого устройства.
В некоторых вариантах исполнения портативное устройство для экспресс-диагностики крови содержит четыре установленных на общей плате датчика на основе графена, на поверхность каждого из которых нанесено одно из антител: анти-А, анти-В, анти-АВ и анти-D, что позволяет по наличию или отсутствию реакции агглютинации на датчиках определить группу крови по системе АВО и резус-фактор по системе резус.
В некоторых вариантах исполнения портативное устройство для экспресс-диагностики крови содержит семь установленных на общей плате датчиков на основе графена, на поверхность каждого из которых нанесено одно из антител: анти-С, анти-с, анти-Е, анти-е, анти-Cw, анти-К и анти-к, что позволяет по наличию или отсутствию реакции агглютинации на датчиках определить фенотипирование по системе резус (С, с, Е, е, Cw) и группу крови по системе Kell (К и к).
В некоторых вариантах исполнения портативное устройство для экспресс-диагностики крови содержит одиннадцать установленных на общей плате датчиков на основе графена, на поверхность каждого из которых нанесено одно из антител: анти-А, анти-В, анти-АВ, анти-D, анти-С, анти-с, анти-Е, анти-е, анти-Cw, анти-К и анти-к, что позволяет по наличию или отсутствию реакции агглютинации на датчиках определить группу крови по системе АВО, фенотипирование по системе резус (D, С, с, Е, е, Cw) и группу крови по системе Kell (К и к).
Изобретение поясняется чертежами, где:
ФИГ. 1 - Общий вид сменного картриджа.
ФИГ. 2 - Плата с датчиками на основе графена.
Портативное устройство для экспресс-диагностики группы крови и резус-фактора содержит корпус 1, в котором размещены датчики в форме графеновых чипов 2, установленные на общей плате 3 с электрическими контактными площадками. Корпус выполнен из верхней 4 и нижней половины 5, герметично соединенных между собой и образующих внутреннюю герметичную заполненную физиологическим раствором полость, внутри которой размещены датчики. Корпус снабжен отверстием для доставки биологического материала 6 со средством его герметичного закрытия 7.
В процессе работы устройства капля крови через отверстие для доставки биологического материала 6 помещается в физиологический раствор, которым заполнен корпус 1, равномерно распределяясь по всему объему физиологического раствора, кровь распределяется по поверхности выполненных в форме графеновых чипов датчиков 2, установленным на общей плате 3. На поверхность каждого из датчиков 2 нанесены групповые антитела против антигенов эритроцитов. При взаимодействии антитела с конкретным антигеном по изменению сопротивления каждого графенового чипа определяется группа крови и резус-фактор.
Была изготовлена партия опытных образцов портативных устройств для экспресс-диагностики группы крови и резус-фактора в количестве 10 шт.
Во всех образцах использованы графеновые чипы размером около 1 мм, изготовленные на основе подложки карбида кремния, на поверхность которой нанесена пленка графена. На внешней поверхности пленки графена каждого чипа сделаны омические контакты, между которыми последовательно нанесен биоспецифический слой и одно из антител: анти-А, анти-В, анти-АВ, анти-D, анти-С, анти-с, анти-Е, анти-е, анти-Cw, анти-К и анти-к. Плата с закрепленными на ней одиннадцатью датчиками помещалась в корпус, герметичная полость которого заполнялась физиологическим раствором. Отверстие для доставки биологического материала до выполнения исследований было герметично закрыто пленкой.
Во время исследований через омические контакты к пленке графена подавалось постоянное напряжение, регистрировалась величина тока, проходящего через графеновую пленку. Через отверстие в верхней половине корпуса доставлялась одна капля крови. Наличие или отсутствие реакции агглютинации на каждом датчике приводило или не приводило к изменению сопротивления каждого датчика, что фиксировала схема регистрации измерений электрических параметров датчиков и выдавала окончательный результат. Время определения группы крови и резус-фактора составило менее одной минуты, что гораздо меньше по сравнению со всеми существующими методами.
Результаты исследований, проведенные с использованием устройства предлагаемой конструкции, сравнивали с результатами, полученными с помощью гелевой технологии на центрифуге Diamed-ID 12 S II с использованием гелевых ID-карт. Результаты исследований, полученные с использованием предлагаемого устройства, полностью совпали с результатами, полученными с помощью гелевой технологии на центрифуге Diamed-ID 12 S II с использованием гелевых ID-карт. При этом, в отличие от гелевой технологии на центрифуге Diamed-ID 12 S II с использованием гелевых ID-карт, для определения группы крови и резус-фактора с использованием предлагаемого устройства потребовалось в несколько раз меньше крови, а именно одна капля и потребовалось в несколько раз меньше времени, а именно менее одной минуты.

Claims (4)

1. Портативное устройство для экспресс-диагностики группы крови и резус-фактора, включающее сменный картридж, снабженный измерительными элементами, содержащими антитела против антигенов эритроцитов, отличающееся тем, что измерительные элементы выполнены в форме графеновых чипов, установленных на общей плате с электрическими контактными площадками, на поверхность чипов нанесены групповые антитела против антигенов эритроцитов, картридж размещен в корпусе, выполненном из верхней и нижней половин, герметично соединенных между собой и образующих внутреннюю герметичную полость, заполненную физиологическим раствором с возможностью его равномерного распределения по поверхности графеновых чипов и равномерного распределения исследуемой крови по всему объему физиологического раствора; корпус снабжен отверстием для доставки биологического материала и средством герметичного закрытия отверстия, при этом каждый из графеновых чипов снабжен средством индикации изменения его сопротивления.
2. Портативное устройство для экспресс-диагностики группы крови и резус-фактора по п. 1, отличающееся тем, что содержит четыре установленных на общей плате измерительных элементов, выполненных в форме графеновых чипов, на поверхность каждого из которых нанесено одно из антител: анти-А, анти-В, анти-АВ и анти-D.
3. Портативное устройство для экспресс-диагностики крови по п. 1, отличающееся тем, что содержит семь установленных на общей плате измерительных элементов, выполненных в форме графеновых чипов, на поверхность каждого из которых нанесено одно из антител: анти-С, анти-с, анти-Е, анти-е, анти-Cw, анти-К и анти-к.
4. Портативное устройство для экспресс-диагностики крови по п. 1, отличающееся тем, что содержит одиннадцать установленных на общей плате измерительных элементов, выполненных в форме графеновых чипов, на поверхность каждого из которых нанесено одно из антител: анти-А, анти-В, анти-АВ, анти-D, анти-С, анти-с, анти-Е, анти-е, анти-Cw, анти-К и анти-к.
RU2016110059A 2016-03-18 2016-03-18 Портативное устройство для экспресс-диагностики крови RU2655809C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016110059A RU2655809C2 (ru) 2016-03-18 2016-03-18 Портативное устройство для экспресс-диагностики крови

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016110059A RU2655809C2 (ru) 2016-03-18 2016-03-18 Портативное устройство для экспресс-диагностики крови

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016110059A RU2016110059A (ru) 2017-09-21
RU2655809C2 true RU2655809C2 (ru) 2018-05-29

Family

ID=59931038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016110059A RU2655809C2 (ru) 2016-03-18 2016-03-18 Портативное устройство для экспресс-диагностики крови

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2655809C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2815247C1 (ru) * 2022-11-07 2024-03-12 ООО "Нитридные кристаллы-Алюминий-Н" Биосенсор

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5863802A (en) * 1987-08-24 1999-01-26 Stiftung Fur Diagnostische Forschung Method and test kit detecting antigens and/or antibodies
WO2012083361A1 (en) * 2010-12-24 2012-06-28 Monash University Method and system for detection of blood types
US20120214172A1 (en) * 2011-02-18 2012-08-23 Uwm Research Foundation, Inc. Graphene-based field-effect transistor biosensors

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5863802A (en) * 1987-08-24 1999-01-26 Stiftung Fur Diagnostische Forschung Method and test kit detecting antigens and/or antibodies
WO2012083361A1 (en) * 2010-12-24 2012-06-28 Monash University Method and system for detection of blood types
US20120214172A1 (en) * 2011-02-18 2012-08-23 Uwm Research Foundation, Inc. Graphene-based field-effect transistor biosensors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2815247C1 (ru) * 2022-11-07 2024-03-12 ООО "Нитридные кристаллы-Алюминий-Н" Биосенсор

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016110059A (ru) 2017-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105353159B (zh) 微流体检验装置及其运作方法
AU613623B2 (en) Element and method for performing biological assays accurately, rapidly and simply
JP3953528B2 (ja) 細胞標本およびこの種のものの検査を実施するための装置
US20040019300A1 (en) Microfluidic blood sample separations
JP2002514755A (ja) 電気化学的分析用カートリッジ
JP6116701B2 (ja) 流体媒質試料の沈降パラメータをモニタするための方法および装置
CN108593416A (zh) 微纳粒子检测系统及方法
CN108593910A (zh) 基于微球载体的粒子检测系统及方法
JPS63243877A (ja) 抗原抗体反応検出方法及びその装置
US12071611B2 (en) Rare cell capture system and application thereof
US9039995B2 (en) Self-metering system and testing device with casing and sliding member to cut-off and set sample volume
RU2655809C2 (ru) Портативное устройство для экспресс-диагностики крови
EP2845002B1 (en) Method to analyze the cluster formation process in a biological fluid and corresponding analysis apparatus
CN207991930U (zh) 微纳粒子检测系统
RU164923U1 (ru) Картридж для анализа индуцированной агрегации тромбоцитов крови методом импедансной агрегометрии
RU177742U1 (ru) Картридж для определения показателя гемостаза в крови человека
JPH10170515A (ja) 血液適合観察装置
US20240342702A1 (en) Device for assay system, system and method
NL2009403C2 (en) Method for determination of blood group and system for the same.
JP2009097864A (ja) 血液検査用マイクロチップおよびその使用方法
KR20200061692A (ko) 다중 면역 진단 기기
TWM632682U (zh) 血液分組測試
Ch IDENTIFICATION METHODS AND COMPLICATIONS OF BLOOD GROUPS
CN115902268A (zh) 用于血小板检测的微芯片及使用该微芯片的血小板检测装置
KR20230067948A (ko) 일회용 진단 카트리지