ПЛАНШЕТ ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ИММУНОФЕРМЕНТНЫХ АНАЛИЗАТОРОВ Российский патент 2002 года по МПК G01N21/59 

Изобретение относится к области иммунологических исследований оптическими методами, в частности к приспособлениям для тестирования иммуноферментных анализаторов (ИФА) планшетного типа.

Известно приспособление для тестирования многоканальных ИФА [1], состоящее из набора нейтральных светофильтров различной оптической плотности в виде квадратных пластин 40•40 мм, которые попарно устанавливаются в держатель. Последний помещают в рамку, имеющую габаритные размеры, такие же, как и планшеты для проб, используемые в ИФА. При тестировании эту рамку устанавливают в гнездо механизма перемещения каретки ИФА и производят тестовые измерения, после чего светофильтры меняют местами и измерения повторяют. Аналогичную процедуру производят для всех пар светофильтров, тем самым получают результаты тестовых измерений для различных значений оптической плотности.

Однако из-за неравномерности оптических характеристик светофильтра больших размеров возникают погрешности тестовых измерений в разных измерительных каналах. Также дополнительные погрешности возникают из-за того, что при установке светофильтра его плоскость оказывается под неконтролируемым углом по отношению к оптической оси измерительного канала. Кроме того, стекла больших размеров требуют осторожности при обращении, что доставляет определенные неудобства. К недостаткам использования такой конструкции следует отнести большое время, затрачиваемое на проведение тестовых измерений, которое обусловлено необходимостью многократной перестановки светофильтров. Это также приводит к дополнительным погрешностям тестовых измерений, обусловленным временным дрейфом передаточных характеристик. Дополнительным источником погрешностей является также попадание в соседние каналы отраженного и рассеянного светофильтром оптического излучения, используемого при тестовых измерениях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является планшет для тестирования иммуноферментных анализаторов, который содержит рамку с дном, набор светофильтров с оправками в виде стаканов и, по меньшей мере, одну рейку с гнездами под оправки, причем гнезда в рейке выполнены с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами ИФА, а рамка по периметру имеет элементы крепления реек, выполненные с таким же шагом. При этом длина реек выбрана из условия их продольной или поперечной установки в рамке. Рамка снабжена дном с отверстиями, выполненными с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора. Для проведения тестовых измерений оправки со светофильтрами устанавливают в рейку, которую закрепляют на рамке в продольном или поперечном направлениях. Рамку со светофильтрами устанавливают в ИФА вместо планшета с жидкими пробами и на основании полученных результатов тестовых измерений делают выводы о работоспособности ИФА [2].

Эффективность тестирования определяется функциональной полнотой выявления и точностью количественного определения дефектов и отказов ИФА в процессе его подготовки к измерениям реальных планшетов с пробами. Указанные свойства зависят, соответственно, от степени представительности тестовых измерений, то есть от качества имитации тестирующим средством условий измерения, имеющих место при работе с планшетами, заполненными жидкими пробами.

Принцип действия прототипа поясняется с помощью схем хода лучей в одном оптическом канале измерительного тракта ИФА. На схеме фиг.1,а показан ход лучей в оптическом канале при измерении жидкой пробы в планшете, а на схеме фиг. 1, б - ход лучей в оптическом канале при тестовом измерении посредством прототипа.

Из сопоставления хода лучей на схемах, представленных фигурами 1,а,б, видно, что прототип имитирует ряд параметров планшета с пробами. К таким параметрам относятся форма и установочные размеры планшета, количество лунок с пробами, шаг между лунками планшета в продольном и поперечном направлениях, рабочий световой диаметр дна лунки, пределы длины хода луча в пробе, коммутативность пробы, т.е. возможность ее размещения в любой лунке планшета.

Однако из фиг.1 видно, что ход лучей в прототипе и реальной жидкой пробе имеет существенные различия. Верхняя граница жидких проб, подлежащих иммунологическим исследованиям, имеет типичную вогнутую форму (так называемый мениск). Влияние менисковой формы верхней границы проявляется в том, что после выхода из исследуемой пробы световой поток, преломляясь на границе жидкости и воздуха, изменяет свою апертуру.

Это приводит в анализаторе к изменению размеров светового пятна на следующей за планшетом (по ходу луча) фоточувствительной площадке фотоприемника. В зависимости от конструктивных параметров конкретного образца тестируемого ИФА величина и направление смещения могут быть различными.

При соосном расположении исследуемой пробы относительно оптической оси прибора, как показано на фиг.1,а, изменение размеров светового пятна чаще всего происходит в пределах светового диаметра окна фотоприемника. Тем не менее при значительной неравномерности чувствительности фотоприемника по площади его рабочей поверхности погрешность, связанная с влиянием мениска, может быть существенной (например, при таком дефекте, как трещина защитного стекла окна фотоприемника, который встречается в практике производства и эксплуатации ИФА относительно часто). Однако из фиг.1,б видно, что при прохождении светового пучка через светофильтр прототипа изменения апертуры не происходит, в то время как для жидких проб (фиг.1,а) изменение апертуры светового пучка имеет место. Поэтому даже при идеальной установке планшета в позиции измерения, когда лунки с пробами устанавливаются соосно, тестирование ИФА с помощью устройства прототипа не выявляет наличие дефектов рабочей поверхности фотоприемника, при которых изменение апертуры светового пучка вызывает значительное изменение фототока.

Различие хода лучей в прототипе и в планшете с жидкими пробами еще сильнее проявляется при несоосном расположении исследуемой пробы относительно оптической оси прибора, что поясняется с помощью схем хода лучей в оптическом канале ИФА, представленных на фиг.2, при измерении жидкой пробы в планшете (фиг.2,а) и при тестировании с помощью устройства прототипа (фиг.2, б). Несоосное расположение пробы в ИФА может быть, например, следствием отказа в системе установки планшета в позиции измерения (позиционирования).

Из фиг. 2, а видно, что при значительной погрешности позиционирования (Δl) изменение апертуры светового пучка с одновременным отклонением его относительно оптической оси, вызываемое мениском пробы, приводит к изменению размеров и смещению светового пятна по рабочей поверхности фотоприемника. В результате световое пятно может выйти за пределы светового диаметра фотоприемника, что приведет к потере информации и появлению недостоверных результатов. В том же канале ИФА при прохождении светового пучка через светофильтр прототипа (фиг. 2,б) световой поток целиком, без срезания, поступает на рабочую поверхность фотоприемника, вследствие чего при тестировании не будет выявлен отказ в системе позиционирования планшета, а именно несоосное расположение исследуемой пробы относительно оптической оси.

Иными словами, превышающее допуск смещение измеряемых образцов относительно световых потоков, дефекты поверхностей элементов оптического тракта, неоднородность их характеристик в сагиттальной плоскости или же конструктивные недоработки тестируемых моделей во взаимодействии с мениском жидких проб вызывают существенные искажения при передаче светового потока в оптоэлектронном измерительном тракте, приводя к недостоверным результатам или отказам анализатора. Однако эти отказы или конструктивные дефекты, чувствительные к мениску, не выявляются с помощью устройства прототипа вследствие неидентичности прохождения светового потока ИФА при измерении пробы и при тестировании.

Недостатком прототипа является узкий диапазон функциональных возможностей, обусловленный неэквивалентностью формы верхней рабочей поверхности твердотельного имитирующего элемента (светофильтра) и верхней рабочей поверхности жидкой пробы, имеющей форму мениска.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании планшета для тестирования ИФА, обеспечивающего контроль работоспособности ИФА, в том числе и в области отказов, проявляющихся под влиянием мениска исследуемых проб, то есть расширение функциональных возможностей планшета для тестирования.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в планшет для тестирования иммуноферментных анализаторов, состоящий из рамки, снабженной дном с отверстиями, выполненными с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, набора оправок, выполненных в виде стаканов, и по меньшей мере одной рейки с гнездами под оправки, причем гнезда в рейке выполнены с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, рамка по периметру имеет элементы крепления реек, выполненные с таким же шагом, а длина реек выбрана из условия их продольной или поперечной установки в рамку, введен набор плосковогнутых линз из цветного стекла, устанавливаемых в оправки.

Сочетание введенных элементов (установка плосковогнутых линз из цветного стекла, совмещающих функцию изменения формы светового потока, со спектральной фильтрацией и поглощением светового потока), взятое в совокупности с элементами прототипа, позволяет реализовать посредством заявляемого устройства такой режим тестирования ИФА, при котором измерительные световые потоки формируются идентично световым потокам в жидких пробах не только по спектральному составу и интенсивности, но и по форме. В результате заявляемый планшет для тестирования ИФА приобретает новое свойство: возможность априорного, до начала иммунологических исследований, выявления класса отказов ИФА, проявляющихся под действием менисковой формы верхней поверхности жидкой пробы.

Таким образом, создание многофункционального планшета для тестирования ИФА с использованием метода имитации формы светового потока в процессе измерения посредством совмещения в имитирующих элементах функции спектральной фильтрации и поглощения с функцией преломления светового потока позволяет выявлять ряд дополнительных отказов, значительно снижающих достоверность проводимых измерений.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.3 представлена конструкция рамки, на фиг.4 - конструкция рейки; на фиг.5 - конструкция линзы в оправке, на фиг.6, 7 - схемы хода лучей в одном оптическом канале измерительного тракта ИФА.

Планшет для тестирования ИФА содержит рамку 1, набор оправок 2, выполненных в виде стаканов, и, по меньшей мере, одну рейку 3 с гнездами 4 под оправки, причем гнезда в рейке выполнены с шагом "h", равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора. Рамка 1 имеет размеры, соответствующие размерам планшета для исследуемых проб, что обеспечивает возможность его установки в ИФА, и снабжена дном 5 с отверстиями 6, выполненными тоже с шагом "h". Диаметр оправки 2 соответствует диаметру гнезда 4 в рейке 3. Рамка по периметру имеет элементы крепления реек, выполненные с таким же шагом "h", в виде штырей 7 и пазов 8, причем рейка имеет отверстие 9 под штырь 7 и выступ 10 под паз 8. Длина реек выбрана из условия их продольной или поперечной установки в рамку. Для удобства установки оправок 2 в гнезда 4 последние имеют двусторонние вырезы 11.

Устройство содержит также набор плосковогнутых линз из цветного стекла 12, устанавливаемых в оправки 2, причем каждая линза фиксируется в оправке шайбой 13. Набор включает в себя линзы из нейтрального стекла и линзы из стекла с селективным поглощением в диапазоне длин волн, используемых в ИФА. Радиус линз выбран по условию обеспечения идентичности апертуры измерительного светового потока при тестировании и при измерении жидких проб.

Устройство работает следующим образом.

Для проведения тестовых измерений выбранный набор линз 12, зафиксированных в оправках 2 с помощью шайб 13, устанавливают в рейку 3, а саму рейку закрепляют на рамке 1 в продольном или поперечном направлениях. Рамку с линзами устанавливают в ИФА вместо реального планшета с жидкими пробами и проводят предусмотренные соответствующей методикой тестовые измерения. При необходимости рейку переставляют по рамке.

Конструкция устройства позволяет установить необходимый для тестирования набор линз как для одного измерительного канала, так и для всех измерительных каналов одновременно. При продольной установке рейки с линзами можно поочередно установить один и тот же набор линз для каждого измерительного канала. При поперечной установке рейки линзы заданного набора будут расположены одновременно во всех измерительных каналах ИФА.

На основании полученных результатов измерений делают выводы о работоспособности анализатора.

В основу построения устройства положен принцип взаимно-однозначной дискретной твердотельной имитации жидких проб, измеряемых в ИФА при иммунологических исследованиях, с дополнительной аппроксимацией формы верхней поверхности пробы посредством выполнения верхней поверхности имитирующей линзы по критерию идентичности апертуры измерительного светового потока на выходе линзы и на выходе жидкой пробы.

Принцип действия заявляемого устройства поясняется с помощью схем хода лучей в одном оптическом канале измерительного тракта ИФА. Фиг.6,а,б иллюстрируют случай правильного позиционирования планшета в ИФА, когда обеспечено соосное положение исследуемой пробы 14 (фиг.6,а) и, соответственно, плосковогнутой линзы 12 (фиг.6,б) в измерительном канале. Фиг.7,а,б иллюстрируют ситуацию отказа системы позиционирования, при котором возникает смещение исследуемой пробы (фиг.7,а) и, при тестировании, плосковогнутой линзы (фиг. 7,б) относительно элементов оптической системы.

Из рассмотрения фиг.6 и 7 видно, что при соответствующем выборе радиуса линзы в заявляемом устройстве световой поток, проходя линзу и преломляясь на границе стекло-воздух, изменяет свою апертуру точно так же, как на границе жидкость - воздух, имеющей типичную форму вогнутого мениска, при измерении жидкой пробы в процессе иммунологических исследований. Одинаковое изменение апертуры в тестовых и рабочих измерениях приводит в анализаторе к одинаковому смещению светового потока относительно следующего за планшетом (по ходу луча) окна 15 фотоприемника 16.

В зависимости от конструктивных параметров конкретного образца тестируемого ИФА величина и направление смещения могут быть различными.

При соосном расположении исследуемой пробы относительно оптической оси прибора, как показано на фиг.6,а, изменение размеров светового пятна чаще всего происходит в пределах светового диаметра окна 15 фотоприемника 16. Тем не менее при значительной неравномерности чувствительности фотоприемника по площади его рабочей поверхности 17 погрешность, связанная с влиянием мениска, может быть для жидких проб существенной (например, при таком дефекте, как трещина защитного стекла окна фотоприемника, который встречается в практике производства и эксплуатации ИФА относительно часто). В силу идентичности формы светового пучка при тестовом измерении (фиг.6,б) очевидно, что даже при идеальной установке планшета в позиции измерения, когда лунки с пробами устанавливаются соосно, тестирование ИФА с помощью заявляемого устройства выявляет наличие дефектов рабочей поверхности фотоприемника, при которых изменение апертуры светового пучка вызывает значительное изменение фототока.

При несоосном расположении пробы в ИФА, например, вследствие отказа в системе (позиционирования) изменение апертуры светового пучка с одновременным отклонением его относительно оптической оси приводит к изменению размеров и смещению светового пятна по рабочей поверхности 17 фотоприемника 16. В результате световое пятно может выйти за пределы светового диаметра окна 15 фотоприемника 16, что приведет к потере информации и появлению недостоверных результатов. Из фиг.7 видно, что смещение светового пятна и срезание его при поступлении на фоточувствительную площадку 17 фотоприемника происходит в рабочих (фиг.7,а) и в тестовых (фиг.7,б) измерениях идентичным образом. Поэтому очевидно, что тестирование ИФА посредством предлагаемого устройства выявляет отказ в системе позиционирования планшета, а именно несоосное расположение исследуемой пробы относительно оптической оси.

Итак, наряду с прочими отказами ИФА, связанными как с отклонениями оптоэлектронных передаточных характеристик каналов, так и с отклонениями оптико-механических параметров, предлагаемый планшет для тестирования ИФА в отличие от известных устройств подобного назначения, выявляет также те отказы тестируемых моделей, которые проявляются во взаимодействии с мениском жидких проб. В дополнение к прочей информации, касающейся правильности формирования измерительных световых потоков, результаты тестовых измерений заявляемым планшетом в силу идентичности результатам измерения жидких проб несут в себе достоверную информацию о техническом состоянии ИФА, о его готовности к использованию при иммуноферментных исследованиях. То есть заявляемое устройство обладает расширенным диапазоном функциональных возможностей и обеспечивает контроль работоспособности ИФА по следующим основным характеристикам, а именно:
- отсутствие сбоев в работе системы позиционирования ИФА, то есть правильность установки планшета в позиции измерения с неискаженной передачей измерительного светового потока через жидкую пробу на фоточувствительную площадку фотоприемника;
- стабильность и воспроизводимость результатов в рабочем диапазоне измерения оптической плотности жидких проб;
- правильность выполнения градуировки по концентрации при работе с жидкими пробами;
- правильность установки в анализаторе номинальной длины волны измерительного светового потока.

Источники информации
1. Анализатор иммуноферментный фотоэлектрический АИФ-Ц-01С: Инструкция по поверке 2Т2.853.039 ДЗ.

2. Патент РФ 2079821, MПK G 01 J 1/04, опубл. 20.05.97, БИ 14 (прототип).

Изобретение относится к области иммунологических исследований оптическими методами, в частности к приспособлениям для тестирования иммуноферментных анализаторов планшетного типа, состоящих из рамки, снабженной дном с отверстиями, выполненными с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, набора оправок, выполненных в виде стаканов, и, по меньшей мере, одной рейки с гнездами под оправки. При этом рамка по периметру имеет элементы крепления реек, выполненные с таким же шагом, а длина реек выбрана из условия их продольной или поперечной установки в рамку. Планшет содержит также набор плосковогнутых линз из цветного стекла, устанавливаемых в оправки. Изобретение позволяет обеспечить контроль работоспособности иммуноферментных анализаторов, в том числе и в области отказов, проявляющихся под влиянием мениска исследуемых проб. 7 ил.

Планшет для тестирования иммуноферментных анализаторов, состоящий из рамки, снабженной дном с отверстиями, выполненными с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, набора оправок, выполненных в виде стаканов, набора светофильтров, установленных в оправки, и, по меньшей мере, одной рейки с гнездами под оправки, причем гнезда в рейке выполнены с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, рамка по периметру имеет элементы крепления реек, выполненные с таким же шагом, а длина реек выбрана из условия их продольной или поперечной установки в рамку, отличающийся тем, что светофильтры выполнены в виде плосковогнутых линз из цветного стекла, установленных плоской поверхностью на дно оправки.