УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА Российский патент 2006 года по МПК G01N35/00 

Изобретение относится к усовершенствованию устройств для анализа, особенно для диагностического анализа, в частности устройств, используемых непосредственно в месте оказания медицинской помощи, например, в кабинете врача или у кровати пациента.

В настоящее время возможно осуществление различных видов диагностических анализов, например анализов на беременность, на количество сахара в крови, на гомоцистеин, на недостаток углеводов, на свертываемость крови, на количество холестерина в крови и т.д. Некоторые анализы пациенты могут проводить самостоятельно, некоторые делает лечащий врач, но многие, особенно те, что связаны с получением некоего количественного результата, в настоящее время проводятся в лаборатории, удаленной и от пациента, и от врача. Поэтому от момента взятия проб до их обработки проходит немало времени, кроме того, пациенту приходится еще раз посещать врача, чтобы узнать о результатах теста. Это не только доставляет неудобства пациенту, но также и увеличивает убытки пациента или организации, оплачивающей его лечение.

Таким образом, существует потребность в устройствах для анализа, пригодных к использованию непосредственно врачом или его ассистентами прямо в месте обследования пациента, особенно в случаях, где требуется получение количественных результатов.

Устройства для количественного анализа часто требуют очень точных измерений объема, наличия определенных реактивов и специальных индикаторов для разных типов анализов, поэтому на месте обследования неудобно устанавливать специализированное оборудование для анализа, предназначенное для устройств для проведения исследований широкого спектра, из соображений недостатка места и высоких затрат.

В связи с этим нами разработано устройство для анализа, которое, в предпочтительных вариантах выполнения, может применяться в местах ухода за больными, пригодно к проведению различных анализов, может быть использовано для получения результатов количественного анализа и имеет относительно невысокую стоимость.

В соответствии с первым аспектом изобретения предложено устройство для анализа, предпочтительно, устройство для диагностического анализа, содержащее:

i) картридж для анализа, включающий по меньшей мере две ячейки и пипетку, выполненную с возможностью помещения по меньшей мере в две из указанных ячеек и имеющую проксимальный конец и дистальный конец, причем дистальный конец закрыт мембраной, проницаемой для жидкости;

ii) держатель, выполненный с возможностью размещения в нем указанного картриджа;

iii) перемещающий механизм, выполненный с возможностью помещения указанной пипетки в выбранные ячейки картриджа;

iv) средство приложения давления газа, выполненное с возможностью присоединения к указанной пипетке для того, чтобы вызвать течение жидкости через указанную мембрану;

v) датчик излучения, позволяющий обнаружить излучение от ячейки указанного картриджа или от указанной пипетки; и, необязательно но предпочтительно,

vi) источник электромагнитного излучения.

Кроме того, в соответствии со вторым аспектом изобретения предложен картридж для анализа, содержащий по меньшей мере две ячейки и пипетку, выполненную с возможностью помещения по меньшей мере в две из указанных ячеек и имеющую проксимальный конец и дистальный конец, причем дистальный конец закрыт мембраной, проницаемой для жидкости.

Пипетка представляет собой трубку с отверстием на одном конце (дистальном конце), в которое может проникать жидкость при приложении пониженного давления на другом конце (проксимальном конце). В устройстве, описанном в предыдущих абзацах, дистальный конец пипетки оканчивается (закрыт) мембраной, проницаемой для жидкости. Проксимальный конец этой пипетки может быть открыт или закрыт, и если он закрыт, то очевидно, таким образом, что существует возможность приложить к этой пипетке давление с тем, чтобы она могла функционировать как пипетка. В одном из вариантов выполнения, описанном ниже, проксимальный конец пипетки, который должна закрывать мембрана, закрыт самоуплотняющейся мембраной (например, резиновой прокладкой), и давление может быть приложено через полую иглу, вставленную в мембрану. Или же проксимальный конец может быть закрыт съемной крышкой или пробкой, которая может быть удалена для обеспечения возможности приложения давления, либо ломким уплотнением, которое может быть разрушено для обеспечения возможности приложения давления.

Далее, в соответствии с еще одним аспектом изобретения предложено приспособление для анализа, содержащее а) держатель для картриджа, выполненный с возможностью размещения в нем предложенного картриджа для анализа; b) перемещающий механизм, выполненный с возможностью помещения пипетки указанного картриджа в его выбранные ячейки; с) средство приложения давления газа, выполненное с возможностью присоединения к указанной пипетке картриджа для того, чтобы вызвать течение жидкости через нее; d) датчик излучения, позволяющий обнаружить излучение от ячейки указанного картриджа или от указанной пипетки; и, необязательно, но предпочтительно, е) источник электромагнитного излучения.

Таким образом, комбинация предложенных приспособления и картриджа дает в результате предложенное устройство для анализа.

Картридж для анализа, предпочтительно, поставляется пользователю предварительно наполненным реактивами, необходимыми для проведения конкретного анализа или анализов, для которых требуется этот картридж. Если необходимы два или более реактива, и они не должны быть смешаны до проведения анализа, ими заполняют различные ячейки картриджа. Как правило, такие реактивы помещаются в ячейки в определенных количествах. В качестве реактивов, например, могут использоваться жидкости, порошки, шарики, покрытия на стенках ячеек, покрытия на шариках, или вещества, которыми пропитана мембрана пипетки, либо они могут быть вкраплены в нее. Если реактивы являются жидкостью, или они могут разложиться при соприкосновении с воздухом или во влажной среде, картридж может быть выполнен герметичным для предотвращения утечки жидкости и закрытия доступа воздуха и влаги к чувствительному реактиву. Герметичность просто обеспечивается благодаря тому, что картридж имеет основание, содержащее ячейки, и крышку, закрывающую ячейки, причем, при необходимости, между основанием, содержащим ячейки, и крышкой, закрывающей ячейки, может быть помещено уплотнение, непроницаемое для жидкости, например уплотнительное кольцо, и, если требуется, можно проложить сменное уплотнение, например, клейкую уплотнительную ленту вокруг внешнего соединения крышки и основания. В другом, более предпочтительном варианте выполнения, одна или несколько ячеек могут быть перед использованием загерметизированы фольгой: в этом варианте выполнения крышка, закрывающая ячейки, предпочтительно имеет резцы для прорезания уплотнений из фольги, закрывающих ячейки, чтобы пипетка могла быть вставлена в эти ячейки. В ином случае на крышке в местах, расположенных над верхними частями ячеек (или непосредственно над ячейками, содержащими жидкость), может находиться эластичный материал для того, чтобы при соединении крышки и основания в верхних частях ячеек образовывалось уплотнение, непроницаемое для жидкости. Этот материал может быть, например, нанесен на крышку в виде слоя, или же на крышке могут быть закреплены (например, приварены или приклеены) изготовленные из этого материала шайбы или прокладки. В одном из вариантов выполнения нижняя поверхность крышки имеет эластичные выступы, служащие стопорами для ячеек. Таким образом, стопоры служат для скрепления крышки и основания до того момента, как картридж будет использован для анализа, а после проведения анализа крышка и основание могут быть вновь соединены просто путем их принудительного скрепления для утилизации, так что стопоры снова оказываются вставленными в ячейки. Это имеет важное значение, особенно если в ячейках после проведения анализа находятся ядовитые или инфекционные вещества. Такие крышки могут, при необходимости, сниматься перед использованием; однако в предпочтительном варианте выполнения крышка служит для удержания пипетки, и, кроме того, она может служить для крепления средства приложения давления газа. В таком варианте выполнения перемещающий механизм может использоваться для перемещения основания относительно крышки для того, чтобы поместить пипетку в нужные ячейки во время различных этапов анализа.

В общем случае и в частности, если крышка картриджа снабжена эластичными стопорами для ячеек, расположенных в основании картриджа, предложенные устройство и приспособление предпочтительно содержат средства отделения крышки от основания с обеспечением возможности установки картриджа в указанное приспособление герметично закрытым. В одном из вариантов выполнения эти средства отделения содержат клин, который, проходя мимо вставленного картриджа, входит во взаимодействие с выступами на крышке и основании, например, с их отбортованными краями, для того, чтобы отделить их друг от друга. Желательно, чтобы эти средства отделения автоматически приводились в действие после загрузки картриджа, например при закрытии крышки корпуса, в котором расположен загруженный картридж, или при введении картриджа в этот корпус, например с помощью конвейера, который также может удалять картридж из корпуса после проведения анализа.

Для различных анализов, например для проведения различных исследований, можно изготовить разные типы картриджей для анализа; однако можно спроектировать картриджи, которые могут служить для двух или больше различных вариантов анализов. В подобном случае часто будет требоваться, чтобы картридж содержал две или более пипетки, оканчивающиеся мембранами, то есть чтобы для каждого анализа использовались отдельные пипетки.

Ячейки в картридже могут быть расположены как угодно в любом порядке, например, распределены на плоскости (например как в обычном луночном планшете), расположены в виде линейного ряда или же по кругу. Расположение по кругу и особенно в виде линейного ряда предпочтительно, поскольку благодаря этому упрощается механизм для перемещения картриджа между заданными положениями, то есть перемещающий механизм может просто перемещать картридж по линейной траектории или вращать.

Вариант расположения ячеек в виде линейного ряда наиболее предпочтителен, особенно в следующей последовательности: ячейка для обработки материала (возможен вариант, когда в этой ячейке до использования хранится оканчивающаяся капилляром пипетка, установленная на крышке картриджа, откуда она может быть снята, или же эта ячейка может быть изготовлена так, чтобы при использовании в нее можно было вставить оканчивающуюся капилляром пипетку, устанавливаемую на крышке картриджа); ячейка, в которой до использования хранится пипетка, оканчивающаяся мембраной, или еще одна оканчивающаяся капилляром пипетка, установленная на крышке картриджа; и еще одна ячейка или ряд из двух или более (например, до шести) ячеек, предназначенных для проведения анализа и обработки его результатов - эти ячейки могут содержать реактивы и до использования быть запечатаны фольгой, причем одна из этих ячеек может быть открыта с одного из концов или сбоку для того, чтобы было проще увидеть результат. При таком устройстве крышка и основание могут быть при необходимости отделены друг от друга до начала проведения анализа и вновь соединены после его завершения. Таким образом, в данном случае оценка результатов происходит в положении, когда крышка и основание отделены друг от друга. В этом варианте предпочтительно крышка и основание зафиксированы вместе, например при помощи защелки. Ячейка для обработки материала может, например, содержать сухой реактив для смешивания при проведении анализа, фильтр для отделения пробы (например, чтобы удалить эритроциты из пробы крови), или еще одну пипетку, которую можно было бы соединить с пипеткой, установленной на крышке (например, с пипеткой, оканчивающейся капилляром).

В то время как картридж должен содержать по меньшей мере две ячейки, одна или более ячеек из всех, имеющихся в картридже, может быть открыта с одного из концов или сбоку для того, чтобы было легче обнаружить излучение от пипетки, когда она расположена в данных ячейках. Так как необходимо уловить излучение от пипетки, находящейся в ячейке, то, по меньшей мере, часть стенки ячейки должна пропускать излучение, которое необходимо обнаружить.

При проведении анализа ячейки картриджа могут оставаться неподвижными; однако поскольку может потребоваться использование датчика, контролирующего ход проведения анализа, в общем случае предпочтительно, чтобы перемещающий механизм мог перемещать картридж между двумя или более заданными положениями, чтобы датчик мог определить излучение от разных ячеек картриджа. В другом менее предпочтительном варианте сам датчик может перемещаться между установленными положениями, или же при помощи подвижных зеркал можно изменять траекторию луча света, падающего от картриджа на датчик, чтобы достигнуть того же результата.

Таким образом, в предпочтительном варианте выполнения действие перемещающего механизма во время проведения анализа заключается в подъеме крышки картриджа и пипетки с основания, в котором расположены ячейки (или, более предпочтительно, в опускании основания от крышки), в перемещении основания относительно крышки (предпочтительно путем перемещения основания, например, линейно или путем вращения) для того, чтобы поместить пипетку над нужной ячейкой, затем в соединении крышки и основания для того, чтобы поместить пипетку в нужную ячейку и так далее, до окончания проведения анализа.

В процессе проведения некоторых анализов может потребоваться наклонять ячейки при переливании жидкости или перемешивать жидкость в ячейке, соответственно, желательно чтобы перемещающий механизм мог обеспечить наклон или перемешивание (например, раскачивание или встряхивание) по меньшей мере той части картриджа, на которой размещены ячейки.

Перемещающий механизм может управляться вручную, например представлять собой механический привод или привод, управляемый двигателем, приводимый в действие оператором на каждом этапе проведения анализа; однако, предпочтительно, чтобы перемещающий механизм представлял собой устройство, управляемое двигателем и приводимое в действие внешним, или более предпочтительно, встроенным компьютером, который бы осуществлял управление устройством для анализа.

Ячейки картриджа могут иметь любую нужную форму или объем; однако, предпочтительно, чтобы они имели форму прямостенных цилиндров или, менее предпочтительно, конически сужающихся цилиндров. Сечение таких цилиндрических ячеек может иметь любую нужную форму, например круг, овал, многоугольник (например, прямоугольник), полукруг и т.д. Основания ячеек могут быть плоскими или изогнутыми; однако ячейки, состояние которых нужно контролировать снизу во время анализа или по окончании его проведения, предпочтительно, должны иметь плоское основание. В наиболее предпочтительном варианте выполнения изобретения основание ячейки выполнено плоским и наклоненным, то есть расположено не горизонтально. Ячейки могут располагаться в твердом основании, или же, что менее предпочтительно, ячейки могут быть прикреплены к ленте, пластине, кругу, в виде лепестков или размещены иным образом. Стенки ячеек, например, при размещении их на твердом основании, предпочтительно должны быть изготовлены из пластмассы, а именно из прозрачной пластмассы, например из плексигласа, виниловых, стироловых или этиленовых пластмасс. Однако окончательный выбор пластмассы зависит от типа применяемых реактивов. В частности, было обнаружено, что предпочтительнее использовать пластмассы с хорошими оптическими свойствами и низкой проницаемостью для газа и/или жидкости. Для этих целей особенно предпочтительно использовать сополимеры альфа-олефинов (например, этилен и пропилен, особенно этилен) и циклические олефины (например, норборнен), например материал, продаваемый с фирменным названием Topas^® 8007 фирмой Ticona GmbH, расположенной во Франкфурте в Германии (Topas^® 8007 представляет собой сополимер этилена/норборнена). Желательно, чтобы пропускание света в таких сополимерах (измеренное согласно рекомендациям D1003 Американского общества по испытанию материалов при толщине стенки в 2 мм) составляло по меньшей мере 80%, а наиболее предпочтительно по меньшей мере 90%; и проницаемость для паров воды (при 23°С и 85% относительной влажности, измеренную согласно DIN 53122 для образца с размерами 80×80×1 мм) не более чем 0,2 г·мм/м²Па, предпочтительно не более чем 0,05 г·мм/м²Па.

Типичные размеры ячеек являются следующими: внутренний диаметр от 3 до 20 мм, в основном от 5 до 15 мм, и объем от 0,1 до 5 мл, в основном от 0,5 до 1,5 мл.

Оканчивающаяся мембраной пипетка в предлагаемом картридже предпочтительно имеет цилиндрическую форму, и мембрана предпочтительно расположена у одного конца или, более предпочтительно, закрывает один конец. Другой, открытый, конец предпочтительно имеет такую форму, которая позволяет присоединить его к средству приложения давления газа, таким образом, что это соединение будет газонепроницаемым. Пипетка может быть выполнена из любого подходящего материала; однако, предпочтительным является прозрачная пластмасса или стекло. Мембрана может быть закреплена на пипетке любым подходящим способом, например сваркой (например, сверхзвуковой или термической), при помощи клея, вплавлением гранул материала, из которого изготовляют мембрану, и т.д.

Сама мембрана может быть изготовлена из любого подходящего материала, например, из пластика (например, из нейлона, полисульфона и т.д.), из стекла (например, из стекловолокна), из металла, и т.д. Однако особенно предпочтительно для изготовления мембраны использовать материалы на основе целлюлозы (например, армированную нитроцеллюлозу), поскольку подобные материалы просто не взаимодействуют с антителами или другими реактивами, применяемыми при анализе.

В различных вариантах выполнения изобретения мембрана предпочтительно выполнена плоской и расположена перпендикулярно оси пипетки; такие мембраны особенно эффективны при удалении жидкости из горизонтально расположенной ячейки с плоским или вогнутым дном.

Однако, в другом варианте, более предпочтительном, мембрана может быть плоской, но расположенной под углом к оси пипетки, например, под углом до 85° от перпендикуляра к оси, предпочтительно 10°-80° от перпендикуляра, более предпочтительно 50°-70° от перпендикуляра, особенно около 60° от перпендикуляра. Если пипетка и одна или несколько ячеек имеют прямоугольное (например, квадратное) сечение, то предпочтительно, чтобы в этом случае мембрана была расположена под углом, а основание одной или нескольких ячеек было расположено под тем же углом, для того чтобы основание было расположено по существу параллельно мембране, когда пипетка находится в этой ячейке.

Использование наклонной мембраны дает значительные преимущества, так как от этого зависит площадь поперечного сечения данной пипетки, при этом площадь поверхности мембраны тем больше, чем сильнее она наклонена относительно горизонтали, поэтому увеличивается площадь поверхности, которая исследуется или контролируется при проведении анализа. Наиболее неожиданно то, что применение наклонных мембран не только позволяет пропустить через мембрану практически все содержимое ячейки соответствующей формы, но при этом также обеспечивается и однородное поглощение по всей поверхности мембраны (то есть, если цветной аналит впитается мембраной, то она будет окрашена равномерно). Следующее преимущество заключается в том, что мембрану можно рассматривать сбоку, и при этом исключается попадание капелек проб вещества, реактива и т.д. на оптические детали устройства. Еще одно преимущество состоит в том, что на мембрану легко направить освещение, и при этом не будет сильно уменьшаться количество света, отражаемого в светоприемник. Следующее преимущество заключается в том, что даже при наличии проб цветных веществ (например, крови), можно наблюдать за поверхностью мембраны через стенку ячейки и, благодаря этому, остановить реакцию в определенный момент, когда на поверхности мембраны уже произошли нужные изменения, так как расстояние от мембраны до стенки ячейки может быть меньше, чем в случае с горизонтально расположенной мембраной, находящейся в наполненной жидкостью ячейке. И еще одно преимущество состоит в том, что образуется меньше пузырей между мембраной и наружной стенкой ячейки по сравнению с горизонтально расположенными мембранами, поэтому не требуется так сильно наклонять или тщательно встряхивать основание картриджа.

Пипетки, оканчивающиеся наклонной мембраной, ранее не применялись, поэтому, принимая во внимание дальнейшие аспекты применения изобретения, предложена пипетка, дистальный конец которой имеет цилиндрическую форму и оканчивается пористой мембраной, наружная поверхность которой находится под углом к плоскости, перпендикулярной к оси цилиндра указанного дистального конца, причем указанная пипетка предпочтительно является частью картриджа для диагностического анализа.

Применение ячеек с сечением прямоугольной формы особенно предпочтительно, поскольку благодаря этому снижаются потери жидких реактивов, которые вследствие капиллярного эффекта перемещаются и остаются в верхней части ячеек из-за изменений положения картриджей для анализа во время транспортировки или хранения. Необходимо, поэтому, чтобы углы в местах соединения стенок ячеек были как можно менее скруглены в верхних концах ячеек, например, имели радиус кривизны 0,5 мм или менее, например, 0,1 мм или менее. Однако, чтобы жидкие вещества, расположенные в нижней части ячеек, не накапливались в углах ячеек, желательно, чтобы в нижней части ячейки имелись скругленные углы, например, с радиусом кривизны по меньшей мере 0,5 мм, предпочтительно по меньшей мере 0,8 мм.

Если ячейка предназначена для считывания результатов анализа, например, при измерении поглощения света, проходящего через жидкость в ячейке, также особенно предпочтительно использовать ячейку прямоугольного сечения с наклонным основанием. Таким образом, путем соответствующего выделения участка ячейки, так чтобы он бил видимым для датчика, можно измерять количество света, проходящее либо через всю ширину ячейки, либо через более узкий участок в основании ячейки (а именно, участок между боковой стеной и наклонным основанием). Таким образом, длина пути света через ячейку может быть увеличена или уменьшена путем перемещения видимого сечения вверх или вниз. Поэтому, например, если оптическая плотность содержимого ячейки высока, длина пути может быть сокращена.

Кроме того, путем измерения интенсивности светопередачи для двух или более длин пути (например, в сужающейся части у основания ячейки и выше нее) может быть определена и учтена при измерениях поправка на дополнительный сигнал, поступающий от стенок ячеек.

Если необходимо измерить количество рассеянного света (например, когда исследуемая проба вещества содержит частицы или агломераты, или это вещество флуоресцентно или фосфоресцентно), опять же необходимо использовать ячейки прямоугольного сечения, причем падающий свет должен направляться перпендикулярно одной паре стенок ячейки, а рассеянный свет должен измеряться датчиком (например, цифровой камерой), направленным на одну из других стенок. Если картридж представляет собой ряд ячеек, расположенных линейно, предпочтительно, чтобы ячейка для проведения измерения количества рассеянного света находилась на краю ряда.

Данные ячейки с наклонными стенками также ранее не применялись, поэтому возникают дополнительные аспекты данного изобретения.

Таким образом, в соответствии с еще одним аспектом изобретения предложено устройство для анализа, содержащее:

i) картридж для анализа, содержащий, по меньшей мере, одну ячейку и пипетку, которая может быть помещена по меньшей мере в одну указанную ячейку, причем по меньшей мере одна указанная ячейка имеет две параллельные плоские боковые стенки, соединенные нижней стенкой, которая имеет по меньшей мере одну плоскую грань, нормаль к поверхности которой компланарна с нормалями к параллельным плоским поверхностям указанных боковых стенок и не перпендикулярна этим нормалям;

ii) держатель, выполненный с возможностью размещения в нем указанного картриджа;

iii) перемещающий механизм, предназначенный для помещения указанной пипетки в выбранные ячейки указанного картриджа;

iv) средство приложения давления газа, выполненное с возможностью присоединения к указанной пипетке для того, чтобы вызвать течение жидкости через указанную мембрану; и

v) датчик излучения, позволяющий обнаружить излучение от ячейки указанного картриджа или от указанной пипетки.

В таком варианте основание предпочтительно выполнено плоским и наклонено под углом к горизонтали, как описано выше, а ячейка предпочтительно имеет прямоугольное сечение. Кроме того, картридж предпочтительно содержит по меньшей мере одну пипетку, оканчивающуюся капилляром, и/или пипетку, оканчивающуюся мембраной, такую как здесь описано.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен картридж для анализа, содержащий по меньшей мере одну ячейку и пипетку, которая может быть помещена по меньшей мере в одну указанную ячейку, причем по меньшей мере одна указанная ячейка имеет две параллельные плоские боковые стенки, соединенные нижней стенкой, которая имеет по меньшей мере одну плоскую грань, нормаль к поверхности которой компланарна с нормалями к параллельным плоским поверхностям указанных боковых стенок и не перпендикулярна этим нормалям.

Кроме пипетки, оканчивающейся мембраной, предложенные картриджи могут содержать еще одну или более пипеток, также предпочтительно закрепленные в крышке картриджа, например, для точного измерения объема реактива или пробы вещества или для смешивания реактивов и проб вещества. В одном из наиболее предпочтительных вариантов выполнения картридж содержит оканчивающуюся капилляром пипетку, при помощи которой набирается требуемое количество жидкости из пробы вещества вследствие действия капиллярного эффекта. Точнее, желательно, чтобы капилляр этой пипетки выходил далее в полость большего внутреннего диаметра, чтобы вследствие действия капиллярного эффекта заполнялся лишь ее капиллярный конец. Когда конец пипетки вынут из окружающей жидкости, его содержимое может быть введено в ячейку картриджа под давлением или втянуто далее, в ту часть пипетки, что расположена над капиллярным концом и полостью.

В другом варианте изобретения картридж может содержать пипетку, оканчивающуюся капилляром, вместо пипетки, оканчивающейся мембраной. Как будет показано далее, подобный картридж может, например, использоваться для анализа на время свертывания.

Внешний диаметр оканчивающейся мембраной пипетки, предпочтительно, должен быть меньше внутреннего диаметра ячейки по меньшей мере на 0,8 мм, например, на 1-5 мм, особенно предпочтительно на 1,5-2,5 мм, для того, чтобы газ мог свободно проходить между стенкой ячейки и пипеткой во время прохождения жидкости сквозь мембрану пипетки и для того, чтобы гарантировать по существу полный забор жидкости из ячеек. Зазор также позволяет поместить в ячейку жидкость (например, 200 мкл) и оканчивающуюся мембраной пипетку перед тем, как жидкость будет втянута в пипетку.

Хотя пипетка и ячейки могут иметь одинаковую форму в сечении (то есть круглую, квадратную и т.д.), иногда может быть предпочтительно, чтобы их формы слегка отличались, например, пипетка имела круглое сечение, а ячейка эллиптическое, так как это препятствует при всасывании прижатию оканчивающейся мембраной пипетки к основанию ячейки. Эта проблема также может быть решена путем придания концу пипетки или основанию ячейки слегка неправильной формы, например, можно предусмотреть в них углубления или выступы.

В наиболее предпочтительном варианте выполнения картридж содержит: основание, содержащее несколько, например от 2 до 8 или 10 ячеек, по меньшей мере в двух из которых, а предпочтительно, по меньшей мере в 3 нет жидких реактивов и, по меньшей мере, в одной из которых содержится жидкий реактив; и крышку, в которой закреплена оканчивающаяся мембраной пипетка таким образом, что конец пипетки, на котором расположена мембрана, помещен в одну из пустых ячеек, а открытый конец пипетки выходит наружу на поверхность кожуха, и есть возможность сообщения с другой ячейкой, свободной от жидкости, через отверстие для перемещения проб вещества, проходящее через кожух. Если требуется, открытые концы пипетки и отверстие для перемещения проб вещества могут быть закрыты съемными уплотнениями, предусмотренными для этого. Пока на крышке не установлены заглушки, герметично закрывающие ячейки, или пока ячейки не закрыты герметично, так как это описано выше, предпочтительно, чтобы было предусмотрено добавочное съемное уплотнение, для того, чтобы закрыть снаружи место присоединения крышки к основанию, а также должно быть предусмотрено уплотнительное кольцо или другие уплотнения между крышкой и основанием, по меньшей мере, у ячеек, содержащих жидкость. Тем или иным способом, внутренняя часть картриджа изолирована от воздуха и влаги до его использования. Предпочтительно основание и крышка имеют углубления или выступы для взаимодействия с держателем картриджа и перемещающим механизмом для обеспечения правильного расположения крышки и основания в процессе проведения анализа, а если на крышке расположены заглушки для герметичного закрывания ячеек, то также для взаимодействия с описанным выше отделителем, предназначенным для разделения крышки и основания в процессе проведения анализа.

Предпочтительно основание и крышка выполнены таким образом, чтобы пипетка, оканчивающаяся мембраной, могла быть помещена внутрь "ячейки для считывания" или могла находиться в таком положении вне ячейки, чтобы при этом датчик мог воспринять излучение, исходящее от пипетки. Такая "ячейка для считывания" может, например, иметь прозрачное плоское основание или плоскую боковую сторону, через которые свет может попадать на датчик. В случае, если исследования проводятся в месте вне ячейки, может, например, использоваться отверстие в основании, открытое на конце, или часть основания с удаленной или вырезанной боковой стенкой для того, чтобы свет от пипетки попадал прямо на датчик, не проходя через материал, из которого сделано основание.

Использование "ячейки для считывания" предпочтительно, так как благодаря этому уменьшается вероятность попадания капелек реактивов или проб вещества внутрь устройства для анализа. В случае, когда исследования проводятся с помощью наклонной мембраны, можно избежать использования специальной ячейки для считывания, так как после обыкновенного извлечения мембраны из жидкости в ячейке или всасывания жидкости через мембрану в пипетку поверхность мембраны становится готовой к исследованиям.

В одном из вариантов выполнения основание может быть изготовлено так, чтобы под дном ячейки для считывания находилась зеркальная поверхность (например, поверхность пластмассовой призмы), которая отражала бы свет, падающий от дна ячейки для считывания, например, меняла бы его направление с вертикального на горизонтальное. Таким образом, датчик можно разместить не под картриджем и, тем самым, избежать опасности попадания пыли или жидкости на датчик. Призма может быть изготовлена подобно линзе Френеля в виде единого элемента из нескольких отдельных параллельных элементов. Призма подобной конструкции названа здесь "призмой Френеля", и такие призмы и их применение, например, для изменения направления света в оптических устройствах, например, в устройствах для анализа, представляет собой один из аспектов настоящего изобретения. Уменьшить или устранить искажения изображения, вызванные искривлением поверхности, часто наблюдаемым у пластмассовых отливок толщиной более нескольких миллиметров, можно с помощью пластмассовой призмы Френеля, причем этот вариант предпочтительнее, чем использование обычной пластмассовой призмы с такой площадью поверхности, при которой поглощается то же количество света. Таким образом, использование для отражения света призмы Френеля, установленной на основании картриджа, особенно предпочтительно для устройств, выполненных согласно данному изобретению. Обычная "призма Френеля" представляет собой конструкцию из прозрачного материала, ступенчатую с одной стороны и плоскую с другой - свет, падающий в направлении нормали к горизонтальной части ступеньки, внутри отражается плоской поверхностью и выходит в направлении нормали через вертикальную часть ступеньки. Поэтому в результате, она действует как зеркало. Однако при использовании наклонной мембраны, в общем случае, нет необходимости в использовании такой призмы Френеля.

В предложенных картриджах проксимальный или "открытый" конец по меньшей мере одной пипетки предпочтительно герметизирован с помощью эластичной самоуплотняющейся мембраны, например резиновой мембраны, которая может быть проколота полой иглой для обеспечения возможности приложения давления газа. В этом варианте выполнения предпочтительно в пипетке между ее концом и эластичной мембраной находится резервуар для отходов. При таком варианте выполнения жидкость в картридже может быть втянута в резервуар для отходов во время проведения анализа или после этого для того, чтобы при удалении и утилизации использованного картриджа не происходило утечки отходов.

Средство приложения давления газа в предложенном устройстве может, например, содержать насос, трубопровод от насоса до места крепления на картридже и, необязательно, по меньшей мере один резервуар и вентиль по меньшей мере на два положения. Добавление резервуара вместимостью, например, в один литр или более, и предпочтительно по меньшей мере двух резервуаров, позволяет на короткое время прикладывать к пипетке давления выше и/или ниже давления окружающей среды, причем колебаниями величин этих давлений во времени можно будет пренебречь в связи с тем, что пипетка может быть изолирована от насоса, и из-за относительно небольшого изменения давления внутри резервуара во время приложения давления (так как резервуар имеет относительно большие размеры). Между моментами приложения давления давление в резервуаре может быть возвращено к нужному уровню при помощи насоса. Так как для вентилирования пипетки может потребоваться подать внутрь нее воздух и/или обеспечить внутри нее давление выше и ниже давления окружающей среды, желательно перед пипеткой установить на трубопроводе многопозиционный вентиль для того, чтобы обеспечить возможность подачи различного давления. Предпочтительно, чтобы управление вентилем, который желательно должен иметь и закрытое положение, в котором полностью исключено прохождение газа к пипетке или от нее, осуществлялось при помощи компьютера. Однако, использование резервуаров с определенным давлением, которые описаны выше, приводит к относительному увеличению размеров устройства и приспособления, выполненных согласно изобретению. Так как желательно, чтобы указанное приспособление было портативным, предпочтительно использовать вместо резервуаров поршневой насос (например, шприц), соединенный через трубопровод (предпочтительно, минимального размера) с местом крепления картриджа. Конечно, особенно предпочтительно было бы использование нескольких присоединенных поршневых насосов, каждый из которых присоединен к отдельному месту крепления на картридже таким образом, что когда картридж установлен на месте, при включении насосного двигателя все насосы приводятся в действие. В этом варианте выполнения к картриджу, предпочтительно, подключаются неактивные и активные устройства для взаимодействия с каждым из этих креплений, причем неактивные устройства просто обеспечивают возможность использования соответствующего поршневого насоса для вентиляции. В некоторых вариантах выполнения, например, при измерении времени свертывания или в случае, когда требуется связать аналит с лигандом и зафиксировать их на мембране пипетки, может потребоваться ускорить или замедлить прохождение жидкости, вызванное действием средства приложения давления газа; этого можно добиться, например, путем увеличения или уменьшения скорости перемещения поршней в поршневых насосах.

Средство приложения давления газа предпочтительно непосредственно присоединено к открытому концу пипетки; однако, в ином, намного менее предпочтительном варианте, оно может быть непосредственно присоединено к ячейке картриджа, а открытый конец пипетки выходит в окружающее пространство, и нем имеется то же давление.

В одном из вариантов выполнения у каждой ячейки или у каждого места для считывания результатов, расположенного вне ячейки, предусмотрено крепление для средства приложения давления газа (предпочтительно подвижное), причем картридж имеет неактивные или активные устройства для взаимодействия с каждым из этих креплений. В этом случае нет необходимости в соблюдении точного положения картриджа при установке его в держатель - картридж может быть установлен в любое из "предустановленных" возможных положений, а крышка устройства затем может быть закрыта для того, чтобы автоматически присоединить к креплениям неактивные и активные подключающиеся устройства на картридже. Затем картридж идентифицируется устройством (как будет описано далее) и автоматически устанавливается в правильное положение, и можно приступать к проведению анализа. Однако, это может потребоваться только в тех случаях, когда необходимо уменьшить время установки картриджа, или когда картридж предназначен для многократного проведения анализа (то есть, имеет несколько наборов пипеток).

Датчиком предложенного устройства может быть любой подходящий датчик излучения, например, датчик радиоактивного или электромагнитного излучения. В другом случае устройство может содержать по меньшей мере два датчика, предназначенных для обнаружения излучений различных типов. Однако, с точки зрения безопасности использования предпочтительно, чтобы это был датчик электромагнитного излучения, а точнее датчик, способный к обнаружению света, по меньшей мере, в части диапазона, расположенной между ультрафиолетовой и инфракрасной частью спектра, особенно между областью, близкой к ультрафиолетовой границе, и областью, близкой к инфракрасной границе, а еще точнее, в видимом диапазоне. (Термин «свет» здесь означает электромагнитное излучение в части диапазона, расположенной между ультрафиолетовой и инфракрасной частью спектра). Для этой цели особенно предпочтительно использование в качестве датчика цифровой камеры.

Применение цифровой камеры в роли датчика особенно предпочтительно, так как она может использоваться не только как светоприемник, но и как анализатор структуры изображения. Так, например, могут быть обнаружены и исправлены неравномерности в изображении мембраны пипетки.

Между датчиком и картриджем могут быть, при необходимости, установлены, подвижно или неподвижно, устройства, предназначенные для контролирования типа излучения, приходящего на датчик (например, фильтры, призмы и т.д.) или для ограничения воздействия постороннего излучения на датчик (например, апертуры и световые клапаны).

Ограничение воздействия постороннего излучения при помощи дополнительных устройств особенно важно в случаях, когда излучение, которое необходимо обнаружить, является слабым (например, вызывается хемолюминисценцией или флюоресценцией) или стимулировано или появляется вследствие прохождения или отражения излучения, измеряемого датчиком. В таких случаях световые барьеры или коллиматоры могут также быть предусмотрены в других частях устройства или внутри картриджа.

В общем случае, предложенное устройство должно быть снабжено источниками электромагнитного излучения (например, источниками видимого света или источниками излучения, лежащего в диапазоне от близкого к ультрафиолетовому до близкого к инфракрасному), расположенными таким образом, чтобы излучение, исходящее, отраженное или проникающее через нужные ячейки картриджа или пипетку, попадало на датчик. В результате, предпочтительно также, чтобы картридж, держатель картриджа и датчик были размещены в светонепроницаемой полости устройства, и чтобы устройство имело закрываемое, например крышкой, отверстие, куда вставлялся бы картридж.

Особенно предпочтительно, чтобы был предусмотрен такой источник света, чтобы в положении, когда картридж установлен на месте, между ним и датчиком находилась ячейка, например, для того, чтобы определить коэффициент пропускания света через ячейку. Для этой цели в картридже может быть предусмотрено отверстие, в которое может быть вставлен этот источник света при загрузке картриджа, и предпочтительно, чтобы отверстие находилось на оси, а ячейки картриджа были расположены рядом с центральной осью.

Ниже показано, что датчик может быть так размещен относительно ячейки и источника света, чтобы воспринимать проникающий, отраженный, рассеянный или испускаемый свет.

Если в качестве датчика применяется цифровая камера (или сканирующий лазер), то они могут быть использованы для определения типа анализа. Следовательно, на картридж для анализа может быть нанесен штрих-код или подобный машиночитаемый код, и, считав его, компьютер, управляющий устройством, может определить тип данного анализа и необходимые для его проведения действия. Пользователь, проводящий анализ, также может наклеить штрих-код или машиночитаемый код на картридж для анализа для идентификации пациента, чтобы устройство могло выдать отчет, содержащий сведения о пациенте и проведенном анализе, или занести результаты в электронную медицинскую карту пациента. Системы для считывания кодов и результатов подобного вида описаны, например, в международной публикации WO 98/32004.

Как указано выше, картриджи, в которых пипетка оканчивается капилляром, лучше подходят для анализа на свертываемость крови или плазмы (особенно, крови), чем картриджи, где пипетка оканчиваются мембраной. Удобство заключается в том, что пипетка состоит из расположенного на конце капилляра, за которым идет полость и далее второй капилляр, который может иметь нелинейную форму, например изгибаться, если требуется. При открытии картриджа и опускании капиллярного конца в пробу крови он наполняется ею до места соединения с полостью, то есть берется проба заранее известного объема. После этого картридж можно закрыть и установить в приспособление для анализа. Второй капилляр или одна из ячеек картриджа покрыты веществом, способствующим свертыванию (например, тканевым фактором), причем жидкая проба исследуемого вещества может быть приведена в контакт с ним при помощи подведения к открытому концу пипетки давления, которое ниже или выше давления окружающей среды. В первом случае давление втягивает пробу исследуемого вещества через полость во второй капилляр, и тем самым проба вещества входит в контакт с веществом, способствующим свертыванию. Во втором случае приложенное давление выталкивает пробу вещества в ячейку, покрытую веществом, способствующим свертыванию. В этом втором случае, если необходимо, проба исследуемого вещества и вещество, способствующее свертыванию, могут быть смешаны путем втягивания их обратно в пипетку и выталкивания опять в ячейку, причем это можно повторить несколько раз. После этого проба вещества втягивается через капиллярный конец и полость во второй капилляр. В обоих случаях движение пробы вещества во втором капилляре под приложенным давлением контролируется датчиком до тех пор, пока свертывание не дойдет до такой стадии, что никакое движение не будет фиксироваться. В этом случае может потребоваться, чтобы проба вещества совершала движения назад и вперед во втором капилляре под действием меняющегося прикладываемого давления, ниже и выше давления окружающей среды.

Важно то, что один и тот же капилляр может использоваться как для забора пробы вещества (например, крови), так и для смешивания этой пробы с одним или более реактивами (например, помещая пробу вещества в ячейку картриджа и опять высасывая ее оттуда).

В любом случае при измерении времени свертывания важно, чтобы температура пробы вещества контролировалась, поэтому желательно, чтобы, например в держателе картриджа было предусмотрено устройство для управления температурой, например электронагревательный элемент с термостатом, источник горячего воздуха и т.д.

В другом варианте выполнения время свертывания крови или плазмы может быть определено путем помещения пробы вещества в ячейку, содержащую выделяющее газ вещество, и наблюдения за скоростью подъема образующихся пузырьков с помощью цифровой камеры.

Если используется пипетка, оканчивающаяся капилляром, может потребоваться, чтобы пипетка была выполнена отдельно от картриджа, чтобы ее можно было вставить в ячейку и присоединить к средству приложения давления.

Применение таких пипеток, причем совместно с картриджами для анализа, представляет дальнейшие аспекты использования изобретения.

Таким образом, в соответствии со следующим аспектом изобретения предложено устройство для анализа, содержащее:

i) картридж для анализа, содержащий по меньшей мере одну и предпочтительно по меньшей мере две ячейки и пипетку, которую можно поместить по меньшей мере в одну и предпочтительно по меньшей мере в две из указанных ячеек, причем пипетка имеет капиллярный конец;

ii) держатель, выполненный с возможностью размещения в нем указанного картриджа;

iii) перемещающий механизм, предназначенный для помещения указанной пипетки в выбранные ячейки картриджа;

iv) средство приложения давления газа, выполненное с возможностью присоединения к указанной пипетке для того, чтобы вызвать течение жидкости через указанную мембрану; и

v) датчик излучения, позволяющий обнаружить излучение от ячейки указанного картриджа или от указанной пипетки.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен картридж для анализа, содержащий по меньшей мере одну и предпочтительно по меньшей мере две ячейки и пипетку, которую можно поместить по меньшей мере в одну и предпочтительно по меньшей мере в две из указанных ячеек, причем пипетка имеет капиллярный конец.

Применяя пипетки в предложенных картриджах для анализа, можно таким образом помещать пробы вещества для испытаний в ячейки картриджа, смешивать между собой реактивы или реактивы и пробу вещества в ячейках, перемещать жидкости из одной ячейки в другую и т.д. Перекачиванием жидкостей внутрь и наружу из пипетки в одной ячейке можно повысить однородность смеси, а перекачиванием жидкостей вперед и назад через мембрану пипетки, покрытую реактивом, можно увеличить степень взаимодействия с реактивом. Изменяя скорость, с которой жидкость перекачивается через мембрану, покрытую реактивом, также можно изменять степень взаимодействия с реактивом. Соответственно, разнообразие форм пипетки и картриджа предоставляет широкие возможности при проведении различных анализов.

Если картридж для анализа содержит пипетку, оканчивающуюся капилляром, например для передачи проб крови, часто бывает необходимо удалить лишнюю жидкость с наружной поверхности капилляра. В таких случаях предпочтительно, чтобы в одной из ячеек было предусмотрено вытирающее приспособление из абсорбирующего материала для вытирания пипеток, о которое можно было бы вытереть капиллярный конец с тем, чтобы оно впитало в себя всю жидкость с наружной поверхности капилляра. Это вытирающее приспособление может, например, быть выполнено в виде подушечки из абсорбирующего материала, расположенной в верхней части ячейки или возле нее, например подушечка может иметь U-образную форму, предпочтительно с вырезом в основании U. В таком варианте выполнения, когда капилляр вынут из ячейки, он может быть смещен вбок, чтобы вставить капиллярный конец в вырез. Так как это смещение может произойти прежде, чем пипетка, оканчивающаяся мембраной, полностью выйдет из ячейки, в которой она расположена, то может потребоваться такая конструкция ячеек, при которой пипетки, оканчивающиеся мембраной, защищены от соприкосновения с боковой стенкой ячейки. Поэтому ячейка для пипетки, оканчивающейся мембраной, может быть сделана более широкой, или же ее боковая стенка может быть частично удалена в верхней части ячейки.

Более предпочтительный вариант, чем вытирание капиллярного конца для удаления избыточного количества пробы вещества с его наружной стороны, состоит в том, чтобы вставить капиллярный конец в структуру из абсорбирующего материала, расположенную параллельно оси капиллярного конца, например, абсорбирующие волокна, расположенные параллельно этому концу, или листы из абсорбирующего материала (например, бумаги), поверхность которых расположена параллельно оси капиллярного конца. Так как открытый конец капилляра не будет соприкасаться с абсорбирующим материалом, то содержимое капилляра сохранится в целости, в то время как наружная поверхность капилляра будет очищена от избыточной жидкости. Это особенно важно при работе с пробами крови. Так, например, капилляр емкостью 1 мкл дает неточные показания до тех пор, пока не будет удалена кровь, прилипшая к наружной поверхности капилляра. В среднем капилляр емкостью 1 мкл на наружной поверхности содержит 0,25 мкл. Без удаления крови, прилипшей к наружной поверхности, получено значение коэффициента вариации приблизительно в 7-8% (от объема взятой крови). При эффективным удалении крови, находящейся снаружи, коэффициент вариации составил 1,0-1,5%.

Если в процессе проведения анализа применяется вытирание капилляра, то задержка времени перед вытиранием может приводить к засыханию крови на внешней поверхности капилляра. В этом случае не вся кровь будет впитана, и ее остатки могут раствориться на следующей стадии разжижения. Если промежуток времени между набором крови в капилляр и приведением в действие устройства составляет одну минуту, эффективность вытирания несколько снижается. Если выждать три минуты, то никакого впитывания крови вообще не произойдет.

Поэтому наиболее предпочтительно, чтобы вытирание капилляра производилось немедленно после набора пробы крови в капилляр. Этого можно добиться, разместив в ячейке картриджа, куда вставляется капилляр, приспособление из абсорбирующего материала, описанное выше, например полоску бумаги, сложенную в виде буквы V, причем капиллярный конец вставляется в открытый конец буквы V. Бумага может быть вставлена и удерживаться в ячейке вследствие упругости самой бумаги, которая будет упираться в стенки ячейки, или, если необходимо, бумагу можно закрепить в поддерживающей рамке. Когда пользователь вставляет держатель капилляра в картридж, капилляр толкает два верхних плеча в разные стороны, и затем капилляр скользит вниз, соприкасаясь с бумагой, расположенной с двух противоположных сторон. Эта конструкция, когда бумага расположена параллельно капилляру, гарантирует, что кровь из внутренней части капилляра не будет впитана и, кроме того, капилляр никогда не повредит нижнюю часть сложенной бумаги. При использовании данной конструкции, при капилляре объемом 1 мкл и цельной крови, коэффициент вариации составил 0,75% (от объема крови).

В другом предпочтительном варианте выполнения картридж для анализа поставляется пользователю с оканчивающейся капилляром пипеткой, предназначенной для взятия проб вещества, которая либо входит в комплект отдельно от картриджа, либо установлена в картридже, но не закреплена, например, вставлена в последнюю из ячеек линейного ряда ячеек. В этом варианте выполнения на капиллярном конце, то есть на дистальном конце пипетки установлена съемная втулка, которая плотно сцеплена с ним и, предпочтительно, выполнена заподлицо с открытым концом капиллярного конца. При заборе пробы вещества капилляром вся лишняя жидкость снаружи, соответственно, скорее попадает на наружную поверхность втулки, чем на наружную поверхность самого капилляра. На втулке, например на ее наружной поверхности, предпочтительно предусмотрены средства, предназначенные для взаимодействия с внутренней или верхней поверхностью ячейки картриджа (например, деформируемый ободок и т.д.) для того, чтобы после того, как наполненная пипетка с капиллярным концом была с усилием вставлена в эту ячейку, пипетка могла бы быть удалена из ячейки (например, в начале автоматизированного процесса проведения анализа), при этом втулка и излишки жидкости останутся в ячейке. Эксперименты показали, что при передаче пробы крови объемом 1 мкл, используя такой защищенный втулкой капилляр, можно достичь такого же низкого коэффициента вариации (для объема крови), как и при использовании абсорбирующего материала в виде сложенной бумаги, описанного в предыдущем абзаце.

Для некоторых видов анализа может потребоваться выделить из пробы вещества составляющие, например выделить пробу плазмы из исходной пробы крови. В таких случаях может потребоваться поместить в одну из ячеек фильтр. Фильтр может быть съемным или же может являться частью всей удлинительной части пипетки, помещенной в ячейку. Такая удлинительная часть пипетки может, например, содержать открытый сверху цилиндр, имеющий в верхней части такую форму, которая позволяет ему сцепляться с пипеткой, установленной на крышке картриджа, а в нижней части цилиндр заполнен стекловолокном. В одном из таких вариантов выполнения проба вещества может быть набрана в оканчивающуюся капилляром пипетку, установленную на крышке картриджа, причем крышка и основание отделены друг от друга, или в оканчивающуюся капилляром пипетку, которая устанавливается на крышке картриджа. Тогда, когда крышкой присоединена к основанию, проба вещества может быть вытеснена под давлением воздуха в цилиндр, расположенный на удлинительной части пипетки; фильтрат перейдет в нижнюю часть ячейки. Тогда может быть использована вторая установленная в крышке пипетка, оканчивающаяся капилляром, для того, чтобы извлечь фильтрат после того, как пипетка и ее удлинительная часть были удалены из ячейки. Таким образом, взяв первоначально пробу крови, можно получить из нее пробу плазмы в чистом виде.

Кроме удлинительной части пипетки, материалов для вытирания, и т.д., внутри ячеек могут быть расположены другие предметы. Так, например, в ячейке для капилляра, служащего для проб вещества, может находиться еще одна ячейка, неподвижная или подвижная, в которой содержится сухой реактив, так что этот реактив может быть смешан с пробой вещества в начале проведения анализа.

Предложенные устройство, приспособление и картриджи предназначены для проведения анализа различными способами. Такие способы, в которых используются предложенные устройство, приспособление или картриджи, представляют собой следующие аспекты изобретения. Хотя изобретение в основном предназначено для медицинских диагностических анализов, оно может также использоваться для анализа другого типа, например для анализа окружающей среды, пищевых продуктов и т.д., в том числе и для анализа проб вещества в промышленных процессах. Особенно удобно для данных вариантов применения то, что картриджи и приспособления могут иметь достаточно малые размеры, так что их можно сделать переносными, например, чтобы максимальный размер предложенного приспособления (не считая соединительных устройств для присоединения к внешнему оборудованию или к источникам энергии) составлял не более 30 см, еще предпочтительнее не более 20 см.

Пипетки, оканчивающиеся мембраной, также не применялись ранее для анализа, и поэтому их применение составляет еще один аспект изобретения. В соответствии с этим аспектом изобретения предложен способ анализа, в котором жидкость перемещают из контейнера в пипетку, отличающийся тем, что конец указанной пипетки, через который поступает жидкость, герметично закрыт мембраной, проницаемой для жидкости.

Кроме того, в соответствии с другим аспектом изобретения предложено применение предложенного устройства для проведения анализа на аналит в пробе биологического вещества или по определению характеристик пробы биологического вещества, например, для анализа на время свертывания пробы крови или вещества, полученного из крови, или для анализа на содержащий белок аналит в пробе жидкости организма или вещества, полученного из жидкости организма.

Документы, на которые имеются ссылки в настоящем описании, включены в заявку посредством ссылок.

Примеры предложенных устройств и способов проиллюстрированы далее со ссылками на следующие примеры, не ограничивающие объем изобретения, и на приложенные чертежи, на которых:

Фиг.1 схематично изображает поперечное сечение предложенного картриджа.

Фиг.2 схематично изображает частичное поперечное сечение предложенного картриджа.

Фиг.3 схематично изображает частичное поперечное сечение предложенного картриджа.

Фиг.4 схематично изображает предложенное устройство.

Фиг.5 схематично изображает поперечное сечение предложенного картриджа.

Фиг.6 и 7 изображают кривые зависимости доза-выходной сигнал для анализа из Примеров 1 и 2.

Фиг.8 иллюстрирует результаты анализа из Примера 3.

Фиг.9-19 схематично изображают другие варианты выполнения предложенных картриджей, в которых ячейки расположены в виде линейного ряда.

Фиг.20 схематично иллюстрирует использование подвижного магнита для выделения намагниченных полимерных шариков из пробы вещества, находящейся в ячейке предложенного картриджа.

Фиг.21 упрощенно иллюстрирует использование полоски бумаги для вытирания лишней жидкости с наружной поверхности оканчивающейся капилляром пипетки в предложенном картридже.

Фиг.22 упрощенно изображает резервуар для отходов, герметично закрытый мембраной и являющийся частью пипетки в предложенном картридже.

Фиг.23 упрощенно изображает поперечное сечение оканчивающейся капилляром пипетки, предназначенной для использования в предложенном картридже для анализа.

На фиг.1 изображено прозрачное пластмассовое цилиндрическое основание 1 картриджа, содержащее цилиндрические ячейки 2 (показаны только две из них), расположенные по кругу вокруг оси 3 картриджа. Над основанием 1 расположена крышка 5 картриджа. Входные отверстия каждой ячейки уплотнены стопорами 4, прикрепленными к крышке 5. Также в крышке 5 закреплена пипетка 6, удлинительная часть 7 которой для присоединения средства приложения давления обращена к наружной части крышки, а на конце пипетки имеется мембрана 8, и этот конец помещен в ячейку 2 основания 1. В крышке 5 также имеется отверстие 9 для введения проб вещества. Отверстие 9 и пипетка 6 совпадают с ячейками 2 благодаря тому, что выступы и углубления 10, 11, 12, 13 состыкованы. Похожие стыкующиеся выступы и/или углубления 14 (показанные здесь как углубления) расположены в основании 1 и крышке 5 для того, чтобы обеспечить зацепление основания и крышки с держателем картриджа и перемещающим механизмом (не показаны) устройства для анализа. Основание и крышка имеют ободки 15, предназначенные для взаимодействия с отделителем (не показан), который отделяет основание от уплотнителей 16 крышки до начала проведения анализа. Тип анализа, для которого предназначен данный картридж, определяется наклейкой 17 с нанесенным штрих-кодом, расположенной на боковой стороне основания. Пипетка и отверстие для введения проб вещества показаны герметично закрытыми при помощи съемных ленточных уплотнений 16. Они должны быть удалены перед использованием картриджа.

На фиг.2 картридж, изображенный на фиг.1, показан в другом положении, предназначенном для определения результатов анализа в конце его проведения. Показанные в этом положении ячейки 18 и 19 отличаются от ячеек 2, изображенных на фиг.1. Ячейка 18 - это "ячейка для считывания", в нижней части которой размещена пластмассовая призма, кроме того здесь пунктирной линией 21 показан участок траектории света от мембраны к датчику. Пипетка 7 показана с находящимся в ней реактивом 22. Источник света 44 показан расположенным внутри осевого канала 45, проходящего внутри основания картриджа.

На фиг.3 показан другой вариант выполнения изображенного на фиг.2 картриджа, в котором дно ячейки 18 имеет ступеньки, а основание ниже этой ячейки 18 наклонено, благодаря чему вместе они образуют призму 29 Френеля. Источник 46 света установлен так, чтобы свет от него попадал на мембрану. Также в этом варианте выполнения пипетка 7 показана с полостью 47, имеющей относительно большой объем. Эта полость помогает удерживать в пипетке жидкости, используемые при проведении анализа.

На фиг.4 схематично изображены составные части предложенного устройства. Картридж 23 (с основанием 1, крышкой 5 и пипеткой 6) закреплен в держателе 24 и приводится в движение перемещающим механизмом 25. Пипетка 6 соединена трубопроводами 26 с поршневым насосом 27, приводимым в действие двигателем 28. Датчик, являющийся цифровой камерой 32, установлен так, чтобы улавливать свет, исходящий от ячейки для считывания, расположенной в картридже 23, после того, как завершено проведение анализа, а источники 44 и 46 света, питающиеся от источника 34 электропитания, установлены так, чтобы освещать ячейку для считывания.

Перемещающий механизм 25, двигатель 28, камера 32 и источник 34 питания управляются компьютером 35, который обеспечивает вывод данных на монитор/принтер 36 или на удаленный компьютер 37 (например, с помощью инфракрасной беспроводной связи). Камера 32, источники 44 и 46 света, держатель 24 и картридж 23 размещены внутри светонепроницаемого корпуса 38, оборудованного люком 39 для загрузки и выгрузки картриджа.

На фиг.5 показан поперечный разрез оканчивающейся капилляром пипетки другого типа, которую можно применять в предложенных картриджах.

Открытый конец 39 пипетки выполнен с возможностью присоединения к средству приложения давления. На другом конце пипетки имеется капилляр 40, сообщающийся с полостью 41 и через следующий за этой полостью извилистый капилляр 42 - с открытым концом 39. Часть 43 нижней части ячейки 2 покрыта веществом, способствующим свертыванию, например, тканевым фактором. Погружение капиллярного конца 40 в кровь или плазму приводит к тому, что под действием капиллярного эффекта проба вещества определенного объема втягивается в конец пипетки. Удаление пипетки из пробы вещества и затем либо выпуск ее содержимого под давлением в ячейку, стенки которой покрыты способствующим свертыванию веществом, с последующим втягиванием пробы вещества обратно в капилляр, либо втягивание пробы вещества в капилляр с прохождением мимо тканевого фактора, ускоряет наступление свертывания, при этом для определения времени, за которое действительно прекращается движение пробы вещества по капилляру 42, т.е. времени свертывания, можно использовать цифровую камеру.

На фиг.9-19 показаны другие варианты картриджа для анализа, в котором ячейки расположены в виде линейного ряда.

На фиг.9 изображена отделенная оканчивающаяся капилляром пипетка 50, которую можно погружать в жидкость для взятия пробы вещества. Наполненная пипетка может быть затем вставлена в отверстие 51 в крышке 52 картриджа, тем самым капиллярный конец попадет в последнюю ячейку в основании 53 картриджа. Открытый верхний конец пипетки 50 имеет вырезы 54, поэтому когда оператор присоединяет пипетку к крышке и основанию картриджа, нажимая на верхнюю часть пипетки, давление в пипетке не возрастает, а следовательно проба вещества раньше времени не вытесняется из пипетки, даже частично. На фиг.10 картридж, показанный на фиг.9, изображен в собранном состоянии, со вставленной пипеткой для взятия проб вещества, то есть на том этапе, когда картридж подготовлен к загрузке в предложенное устройство.

При проведении анализа крышку и основание картриджа отделяют путем открытия защелки 84. Отделенный картридж показан на фиг.11. На крышке 52 картриджа показаны закрепленные на ней пипетка 50 и пипетка 55, оканчивающаяся мембраной. Пипетка 55 имеет прямоугольное сечение и наклонный конец 56. Для наглядности здесь не показана мембрана, закрывающая открытый нижний конец пипетки 55. Основание 53 картриджа имеет шесть ячеек 57-62, каждая из которых имеет прямоугольное поперечное сечение. Для обеспечения возможности вытирания капиллярного конца отсутствует кусок верхней части стенки между ячейками 57 и 58. Как показано на фиг.12, нижние стороны 63 ячеек от 59 до 62 выполнены наклонными и являются параллельными концу 56 пипетки, оканчивающейся мембраной. Ячейки 59-62 сверху закрыты уплотнением из фольги. Эти уплотнения при проведении анализа прокалывают пробойниками 64, предварительно установленными в крышке картриджа (см. фиг.13). Отдельные пробойники соединены вместе посредством показанной на фиг.14 ленты 65. Каждый пробойник может быть изготовлен из металла, но в предпочтительном случае его выполняют из пластмассы, при этом он представляет собой полый цилиндр, прямоугольный в поперечном сечении, с лезвием 66 на нижней кромке и выступами 67 на верхней кромке, которые вызывают сцепление пробойника с основанием картриджа при его вхождении во взаимодействие с этим основанием (показано на фиг.15). Внутреннее поперечное сечение пробойников выполнено таким, чтобы они служили направляющими для пипеток.

На фиг.16 изображены крышка и основание картриджа, отделенные друг от друга и смещенные в стороны, чтобы капиллярный конец пипетки 50 вошел в соприкосновение с вытирающим приспособлением 68 из абсорбирующего материала, расположенным в верхней части ячейки 57. На чертеже показано, что пипетка 55 частично сдвинута из ячейки 58 в ячейку 57.

На фиг.17 и 18 показана конструкция крышки и основания картриджа в разобранном состоянии совместно с удлинительными частями 69 и 70 пипеток, которые в процессе проведения анализа должны быть помещены в ячейку (57), куда первоначально была введена пипетка 50, служащая для взятия проб вещества. Как видно из фиг.18, удлинительная часть 70 служит для превращения пипетки, служащей для взятия проб вещества, в пипетку, оканчивающуюся мембраной, например, для фильтрования пробы вещества.

На фиг.19 показаны нижние части трех ячеек, предназначенных для анализа на свертываемость крови, в которые согласно фиг.19а и 19b помещен стальной шарик 72, который может перемещаться вдоль нижней стороны ячейки, а согласно фиг.19с - полимерный шарик 73, который будет плавать на поверхности пробы вещества, пока это вещество будет находиться в жидком состоянии.

После проведения анализа с помощью картриджей, изображенных на фиг.9-19, предпочтительно, чтобы в отверстие 71 в крышке картриджа была вставлена лента из абсорбирующего материала для того, чтобы предотвратить любую утечку жидкости, оставшейся в ячейках 58-62. Или же отверстие может быть герметично закрыто удлиненным "поршнем", который используется для введения пробойников в закрытые фольгой ячейки 58-62.

На фиг.20 показана ячейка 75 предложенного картриджа. В этой ячейке находится жидкость 76, содержащая намагниченные полимерные шарики. Чтобы отделить шарики от жидкости во время проведения анализа (например, как в приведенном ниже Примере 12), магнит 77 переводят из положения (А), в котором он удален от ячейки, в положение (В), в котором он соприкасается со стенкой ячейки. Теперь пипетка, оканчивающаяся мембраной, может быть вставлена в ячейку, и с ее помощью можно забрать жидкость, оставшуюся в стороне от намагниченных шариков.

На фиг.21 схематично изображен предложенный картридж 78, содержащий ряд линейно расположенных ячеек 79-84, причем крайняя ячейка 79 предназначена для размещения капилляра для взятия проб, конец 85 которого показан на чертеже. Внутри ячейки 79 расположена согнутая в виде буквы V абсорбирующая бумага 86 таким образом, что при введении капиллярного конца 85 в ячейку 79 его боковые стороны будут вытерты.

На фиг.22 схематично показана часть предложенного картриджа 87, причем в крышку 90 картриджа помещены пипетка 88, оканчивающаяся капилляром, и пипетка 89, оканчивающаяся мембраной. В пипетке 89 имеется резервуар 91 для жидких отходов, расположенный на проксимальном конце пипетки, и когда она находится внутри крышки 90 картриджа, резервуар закрыт самоуплотняющейся резиновой прокладкой 92. Если к проксимальному концу пипетки 89 требуется приложить давление, то прокладку 92 прокалывают полой иглой 93, присоединенной к средству приложения давления (не показано).

На фиг.23 показана оканчивающаяся капилляром пипетка 94, выполненная в виде части предложенного картриджа для анализа. При поставке пользователю пипетка 94 помещена в одну из ячеек и не закреплена, например, как пипетка 50 в ячейке 57 в варианте выполнения, показанном на фиг.11. На дистальном конце 95 пипетки 94 расположена втулка 96, которая плотно охватывает конец пипетки и поверхность рядом с ним, причем втулка выполнена заподлицо с самим концом капилляра. Верхний край втулки 96 имеет деформируемый ободок 97, который можно с усилием зацепить за соответствующий выступ в ячейке, с тем чтобы зафиксировать втулку в ячейке. При использовании пипетку, оканчивающуюся капилляром, вынимают из картриджа вместе с закрепленной на конце втулкой 96, опускают в жидкую пробу вещества для того, чтобы набрать жидкость в капиллярный конец, вставляют обратно в ячейку и нажимают на пипетку, чтобы зафиксировать втулку в ячейке. После этого картридж может быть загружен в устройство для анализа и вследствие того, что в процессе проведения анализа крышка картриджа будет отделена от основания картриджа, втулка будет снята с капилляра.

Пример 1

Анализы на С-реактивный белок в сыворотке

Пробы человеческой крови объемом 1 мкл, в которую был добавлен очищенный С-реактивный белок (CRP) с концентрациями в пределах от 0 до 160 мг/л, были помещены в ячейку с круглым дном и внутренним диаметром 9 мм (в картридже для анализа, эквивалентном показанному на фиг.1), содержавшую 200 мкл водного раствора жидкости (30 микромолей боратного буфера, рН 8,0, в котором содержалось 0,01% дигидрата цитрата натрия (в координатах вес/объем), 0,02% NaN₃ и дезоксихолата (в координатах вес/объем).

Пипетку, оканчивающуюся мембраной и имеющую внешний диаметр 7,2 мм, погружали в ячейку с пробой вещества и к открытому концу пипетки прикладывали давление ниже давления окружающей среды для того, чтобы содержимое ячейки под давлением прошло через мембрану в пипетку. В данном Примере мембрана пипетки представляла собой пластину из нитроцеллюлозы, на которой было закреплено моноклональное анти-CRP антитело (приготовленное обычными методами).

Затем пипетку вынимали из ячейки и погружали во вторую ячейку такой же конфигурации, содержавшую 200 мкл водной дисперсии золотых микрошариков (средний диаметр 4,5 нм, концентрация - около 3 (оптическая плотность для длины света 540 нм), соответствующая концентрации антитела около 50 мкг/мл в 50 микромолях боратного буфера рН 8,05, содержавшего 20 микромолей NaCl, 0,05% NaN₃ (в координатах вес/объем) и 0,1% BSA (в координатах вес/объем)), соединенной обычным способом с моноклональным анти-CRP антителом. На открытый конец пипетки опять подавали давление ниже давления окружающей среды, чтобы жидкость в ячейке перешла в пипетку, пропитывая мембрану золотым конъюгатом.

Затем пипетку вынимали из второй ячейки и погружали в третью ячейку, все той же конфигурации, содержавшую 200 мкл водного раствора жидкости (см. выше). На открытый конец пипетки подавали давление ниже давления окружающей среды для того, чтобы втянуть в пипетку промывочный реактив; таким образом, несвязанный золотой конъюгат удалялся из мембраны.

Затем пипетку вынимали из третьей ячейки и погружали в четвертую, пустую ячейку с плоским дном, внутренний диаметр которой составлял 9 мм. В данном анализе эта четвертая ячейка являлась считывающей ячейкой. Мембрану пипетки освещали (например, зеленым светом от светоизлучающего диода) через прозрачное основание картриджа для анализа, в котором расположены ячейки, и свет с длиной волны 540 нм, отраженный мембраной, регистрировали с помощью датчика (например, цифровой камеры или фотодиода).

На фиг.6 сопроводительных чертежей показана линейная зависимость доза-выходной сигнал для этого анализа при использовании зеленого светоизлучающего диода.

Продолжительность проведения анализа составляла примерно 40 секунд от момента добавления сыворотки до измерения коэффициента отражения.

Пример 2

Анализы на содержание сывороточного альбумина в человеческой моче

В человеческой моче уменьшали количество сывороточного альбумина (HSA) методом ультрафильтрации и затем в нее добавляли очищенный HSA до концентрации между 0 и 200 мг/л.

Пробу мочи объемом 10 мкл переносили в капилляре внутрь ячейки диаметром 9 мм, имеющей круглое дно (в картридже для анализа, эквивалентном картриджу, показанному на фиг.1), в которой находились 200 мкл водного буфера на основе фосфата натрия, рН 5,6, содержавшего 4,0% пропанола-1 (в координатах объем/объем), 0,05% NaN₃ (в координатах вес/объем), 0,003% Тропеолина-O (в координатах вес/объем) и 0,5% BSA (в координатах вес/объем). Мочу смешивали с буфером для разведения путем троекратного перекачивания в капилляр и из него. Капилляр вынимали и в ячейку погружали оканчивающуюся мембраной пипетку. В данном анализе мембрана пипетки представляла собой пластинку из нитроцеллюлозы, на которой было закреплено моноклональное анти-HSA антитело. Растворенную пробу вещества втягивали в пипетку так же, как в Примере 1.

Затем пипетку вынимали из ячейки и погружали во вторую ячейку той же конфигурации, но содержавшую 200 мкл дисперсии конъюгата золотые микрошарики-антитело (такого же, как в Примере 1, но с анти-HSA антителом, а не с анти-CRP антителом, 50 микромолей боратного буфера, рН 7,8, 0,05% NaN₃ (в координатах вес/объем) и 0,2% BSA (в координатах вес/объем)). Содержимое ячейки вводили в пипетку так же, как в Примере 1, и так же, как в Примере 1, пипетку затем перемещали в третью (промывочную) и четвертую (считывающую) ячейки. В этом анализе в качестве промывочного реактива использовали PBS, pH 7,4.

На фиг.7 сопроводительных чертежей показана кривая доза-выходной сигнал для этого анализа.

Пример 3

Анализ на гликозилированный гемоглобин в крови

1 мкл цельной крови взяли из пробы крови при помощи капилляра, установленного на конце перевернутого конического резервуара с объемом примерно 500 мкл, то есть при помощи устройства, имеющего форму воронки, к верхнему концу которой присоединено средство приложения давления.

Капилляр погружали в имеющую круглое дно ячейку с внутренним диаметром 9 мм в картридже для анализа (таком же, как в предыдущих Примерах), содержавшую 200 мкл водного раствора конъюгата бороновой кислоты.

Раствор конъюгата состоял из 0,25 микромолей конъюгата диметилбензол-цианола и бороновой кислоты (Пример 18 из патентной заявки US-A-5631364), 0,7% Тритона Х-100 (в координатах вес/объем), 9 микромолей хлорида цинка и 100 микромолей буфера HEPES, pH 8,15.

Пробу крови закачивали в ячейку и смешивали с раствором конъюгата бороновой кислоты путем троекратного прокачивания раствора в конический резервуар и из него. Капилляр удаляли, и содержимое ячейки выдерживали в течение двух минут. Благодаря этому детергент растворял клетки крови, цинк осаждал гемоглобин, а конъюгат бороновой кислоты связывал гемоглобин.

Затем в ячейку погружали оканчивающуюся мембраной пипетку и подавали в нее давление ниже давления окружающей среды, вызывавшее перетекание находившейся в ячейке жидкости в пипетку и улавливание гемоглобина на мембране. В этом анализе мембрана представляла собой пористый фильтр, имеющий поры размером 1 мкм.

Затем пипетку вынимали из ячейки и погружали во вторую ячейку той же конфигурации, содержавшую 200 мкл водного промывочного реактива (50 микромолей морфолинового буфера, pH 9,5, содержавшего 200 микромолей NaCl, 0,5% Тритона Х-100 (в координатах вес/объем), 0,1% глицерина (в координатах вес/объем) и 0,05% NaN₃ (в координатах вес/объем). К пипетке прикладывали давление ниже давления окружающей среды, втягивавшее промывочный реактив и несвязанный конъюгат бороновой кислоты в пипетку.

Затем пипетку вынимали и погружали в расположенную в картридже пустую считывающую ячейку с плоским дном, внутренний диаметр которой составлял 9 мм, для того, чтобы измерить коэффициент отражения гемоглобина, оставшегося на мембране пипетки. Общее количество гемоглобина измеряли с использованием синего света длиной волны 460 нм, а количество гликозилированного гемоглобина - с использованием красного света длиной волны 620 нм (например, используя красный и синий светоизлучающие диоды). Отношение количества гликозилированного гемоглобина ко всему количеству гемоглобина (иногда обозначаемое % Нb1Ас) определяли из отношения измеренных коэффициентов отражения, протарированных по пробам вещества с известным % Нb1Ас.

На фиг.8 сопроводительных чертежей показаны результаты анализа из данного Примера для 6 проб крови, по сравнению с результатами анализов на % Нb1Ас, которые производились 24 часами ранее методом жидкостной хроматографии высокого разрешения HPLC (Variant, BioRad).

Пример 4

Эффективность сбора жидкости пипетками, оканчивающимися мембраной Эффективность сбора жидкости из ячеек различной конфигурации была испытана на описанной в Примере 1 пипетке, оканчивающейся плоской мембраной из нитроцеллюлозы, в сравнении со стандартной конической пипеткой с открытым концом. В том и другом случае 200 мкл жидкости должно было быть набрано из ячейки с плоским или круглым дном, имеющей внутренний диаметр 9 мм и размещенной в основании, выполненном из мягкой или твердой пластмассы (соответственно из полиэтилена низкой плотности и полистирола). Результаты приведены ниже в Таблице 1.

Таблица 1Ячейка% собранной жидкостиПипетка с открытым концомПипетка с наконечником в виде мембраныИз мягкого материала, круглое дно98,999,8Из твердого материала, круглое дно99,599,7Из твердого материала, плоское дно84,099,5

Пример 5

Анализ на время свертывания крови

Пипетка, изображенная на фиг.5, использовалась для сбора пробы крови объемом около 2 мкл. Затем картридж снова собирали, и к пипетке подводили давление для вытеснения пробы крови в ячейку картриджа, нижняя часть которой была покрыта веществом, способствующим свертыванию (например, тканевым фактором). Затем подавали давление ниже давления окружающей среды для того, чтобы снова втянуть пробу обратно в пипетку через полость в извилистый капилляр. Затем пробу перемещали назад и вперед в извилистом капилляре под действием давления выше и ниже давления окружающей среды и, используя цифровую камеру, определяли время между контактом пробы крови с веществом, способствующим свертыванию, и фактическим прекращением движения пробы крови. Это время обычно составляло примерно 40 секунд.

Пример 6

Анализ на время свертывания для цельной крови или плазмы

Использовали картридж для анализа типа, показанного на фиг.11. Одна из ячеек с 59 по 62 содержала сухой тканевый фактор и хлорид или глюконат кальция, а также стальной шарик, например, диаметром 2 мм (см. фиг.19а).

Устройство, в которое должен был помещен картридж, имело нагревающий элемент для поддержания температуры содержимого картриджа около 37°С и магнит, предназначенный для приведения стального шарика в возвратно-поступательное движение вдоль основания ячейки, в которую шарик помещен.

В ячейку 57 помещали съемную оканчивающуюся капилляром пипетку, которой можно было отобрать пробу вещества заданного объема, например, от 1 до 15 мкл, предпочтительно 10 мкл, цельной крови, цитрированной венозной крови, плазмы или цитрированной плазмы.

Пробу отбирали оканчивающейся капилляром пипеткой, которую затем помещали в картридж, который загружали в устройство для анализа. Здесь пробу переносили в ячейку, содержавшую стальной шарик, и перемешивали.

Затем картридж приводили в возвратно-поступательное движение относительно магнита в горизонтальном направлении, параллельно концу ячейки, в которой находился шарик. (Можно перемещать либо весь картридж, либо магнит - однако предпочтительнее перемещать картридж, а магнит использовать для того, чтобы стальной шарик оставался неподвижным в начальной стадии).

Для регистрации положения стального шарика использовали цифровую камеру. Когда смесь начинала свертываться, шарик переставал быть неподвижным относительно магнита, и это регистрировала камера, позволяя определить время свертывания (от момента контакта пробы с раствором соли кальция).

В другом, менее предпочтительном варианте выполнения, магнит под картриджем отсутствует, а шарик помещен в ячейку с наклонным дном (например, как показано на фиг.19b). Резкое перемещение картриджа в направлении более низкого конца основания ячейки, например, в результате механического толчка или воздействия электромагнитом на стенку ячейки, вызывает движение шарика вверх по наклонному основанию и, прежде чем произойдет свертывание, его возвращение обратно на более низкий конец основания под действием силы тяжести.

Пример 7

Анализ на время свертывания для цельной крови или плазмы

Использовали картридж для анализа, такой же, как в Примере 6, но, вместо стального шарика, с шариком из полимера низкой плотности (например, с шариком из полистирола диаметром 3-5 мм). В предпочтительном варианте этот шарик находился в ячейке с круглым поперечным сечением, имевшей плоское или вогнутое дно (см. фиг.19с).

Пробу отбирали и смешивали так же, как в Примере 6, и затем помещали в ячейку, содержавшую шарик, где он плавал на поверхности пробы. Затем шарик несколько раз погружали ниже поверхности пробы, позволяя ему всплывать обратно на поверхность. По мере коагуляции пробы шарик возвращался на поверхность медленнее, а затем вообще не возвращался.

Шарик можно погрузить ниже поверхности путем приложения давления на конце пипетки, или в другом варианте может использоваться приводимый в движение магнитом шарик, и магнитное поле, при его включении и отключении, соответственно притягивает вниз и освобождает шарик. Такие магниточувствительные шарики могут быть изготовлены, например, путем осаждения кристаллов суперпарамагнитного вещества в полимерном шарике (например, как в магнитных шариках, продаваемых фирмой Dynal Biotech, Осло, Норвегия).

Пример 8

Анализ на время свертывания плазмы

Использовали картридж для анализа, такой же, как показан на фиг.11. Так же, как в Примере 6, одна из ячеек от 59 до 62 содержала цитратный буфер, другая содержала фибриноген и вещество с коэффициентом свертывания V, а в третьей находился раствор соли кальция. В ячейку 57 была помещена оканчивающаяся капилляром пипетка, а в ячейку 58 - удлинительная часть с фильтром, изображенная на фиг.18.

Пробу вещества набирали в оканчивающуюся капилляром пипетку, которую затем помещали в ячейку 57, картридж загружали в устройство для анализа и нагревали до температуры в 37°С. Затем пробу вещества переносили в ячейку, содержавшую буфер, и перемешивали. Всю смесь или определенную ее часть затем переносили в удлинительную часть пипетки с фильтром, и раствор бесклеточной плазмы закачивали в нижнюю часть ячейки. После этого с помощью другой пипетки, оканчивающейся капилляром, определенный объем бесклеточной плазмы переносили в ячейку, содержавшую фибриноген, и эту же пипетку использовали для переноса определенного объема раствора соли кальция в ячейку, содержавшую фибриноген/плазму для того, чтобы начать реакцию свертывания. Эту ячейку освещали, и при помощи цифровой камеры фиксировали помутнение смеси в ячейке. Время, прошедшее от момента добавления кальция до достижения определенной степени помутнения, принимали за время свертывания крови.

Пример 9

Анализ на свертываемость цельной крови или плазмы

Использовали картридж для анализа, такой же, как показан на фиг.11 и описан в Примере 8. Так же, как в Примере 8, одна из ячеек от 59 до 62 содержала цитратный буфер, другая - раствор соли кальция, однако содержащая шарик ячейка отсутствовала, а ячейка для "реактива" вместо вещества с коэффициентом свертывания V и фибриногена содержала сухое хромогенное вещество наподобие тромбина (например, Nycotest Chrom (описанное в работах Janson et al. Thrombostasis and Haemostasis 62: 530 (poster 1677) (1989) и Jonker et al. Research in Clinic and Laboratory 20: 45-57 (1990)) или одно из хромогенных веществ, описанных в патентных документах DE-A-3113350, DE-A-3413311, DE-A-3311287, US-A-4458015 или US-A-4784944).

Пробу вещества набирали и смешивали таким же способом, как в Примере 7. Процесс свертывания приводил к образованию тромбина и вследствие этого к выделению из хромогенного вещества красителя (например, к выделению из Nycotest Chrom желтого паранитроанилина).

Изменения цвета пробы вещества отслеживалось цифровой камерой, и за время свертывания крови принимали время, прошедшее от момента добавления кальция до достижения определенного изменения цвета.

Пример 10

Анализ на С-реактивный белок (С-РБ) в цельной крови с использованием конъюгата фермента (ELISA)

При помощи оканчивающейся капилляром пипетки, установленной в картридже, 1 мкл цельной крови добавляли в ячейку (например, в ячейку 59) картриджа, подобного показанному на фиг.11, и содержавшую 200 мкл раствора и жидкого растворителя (30 микромолей боратного буфера, рН 8,0, в котором содержалось 0,01% дигидрата цитрата натрия (в координатах вес/объем), 0,02% NaN₃ и дезоксихолата (в координатах вес/объем)). Ячейки картриджа имели прямоугольное поперечное сечение и внутренние размеры 6,0 на 6,5 мм. Плоское основание ячейки наклонено под углом 30° к продольной оси ячейки.

Прямоугольную пипетку, оканчивающуюся мембраной, (которая имела внешние размеры 3,7 на 4,2 мм и мембрану из нитроцеллюлозы, покрытую анти-CRP антителами, установленную под углом 30° к продольной оси капиллярной трубки, к которой прикреплена мембрана) погружали в ячейку, и раствор с растворенными клетками крови абсорбировался через мембрану под действием поданного внутрь указанной пипетки давления ниже давления окружающей среды. Когда вся жидкость была абсорбирована, подавали давление выше давления окружающей среды для повторного прохождения жидкости через мембрану, обратно в ячейку. Повторное прохождение раствора CRP через мембрану повышало коэффициент поглощения CRP.

Затем пипетку с наконечником в виде мембраны переносили в подобную ячейку (например, в ячейку 60) картриджа, в которой содержался раствор щелочной фосфатазы (ALP), связанной с анти-CRP антителами (приблизительно 40 мкг/мл ALP и 40 мкг/мл антител в 50 микромолях боратного буфера, РН 8,0, содержавшего 0,02% NaN₃ (в координатах вес/объем) и 0,5% BSA (в координатах вес/объем)). Раствор конъюгата втягивали через мембрану и выпускали обратно в ячейку при помощи подачи переменного давления (больше и меньше давления окружающей среды) внутрь пипетки, оканчивающейся мембраной, как описано выше, для захвата антигенов.

На следующем этапе указанную пипетку переносили в следующую ячейку (например, в ячейку 61) картриджа, в которой содержалось 200 мкл промывочного раствора (50 микромолей боратного буфера, рН 8,0, содержавшего 0,1% NaN₃ (в координатах вес/объем), 0,5% BSA и дезоксихолата (в координатах вес/объем)), который втягивали и затем выпускали обратно в ячейку. Эту операцию промывания повторяли дважды путем перемещения указанной пипетки в две дополнительные ячейки (так как эти ячейки эквивалентны ячейке 61, они на фиг.11 не показаны), также содержавшие промывочный раствор. Три цикла промывания гарантировали эффективное удаление несвязанного конъюгата.

Наконец пипетку, оканчивающуюся мембраной, перемещали в еще одну ячейку (например, в ячейку 62) картриджа, в которой содержалось 300 мкл раствора паранитрофенила фосфата субстрата щелочной фосфатазы (1,0 мг/мл паранитрофенил фосфата pNPP в 1,0 моле диэтаноламинного буфера, рН 9,6, содержавшего 0,5 микромолей MgCl₂ и 0,025% NaN₃ (в координатах вес/объем)). Путем закачивания раствора субстрата в указанную пипетку и его выкачивания из нее в течение двух минут образовывалось желтое ферментное вещество паранитрофенол. Этот процесс прекратился, когда всю жидкость закачали назад в ячейку, а пипетку извлекли из раствора субстрата. При объеме раствора субстрата в 300 мкл он заполнил ячейку примерно до уровня в 3 мм выше верхнего конца наклонной части ячейки, так что полученный цвет можно было оценить через параллельные стенки ячейки.

При поднятой пипетке измеряли оптическую плотность, используя синий светоизлучающий диод в качестве источника света и цифровую камеру для измерения проходящего света.

Пример 11

Анализ на содержание С-реактивного белка (С-РБ) в цельной крови при помощи измерения света, рассеиваемого скоплением латексных шариков

С помощью оканчивающейся капилляром пипетки, установленной в картридже, 2 мкл цельной крови добавляли в ячейку (например, в ячейку 62) картриджа, такого же, как на фиг.11, и содержавшего латексные шарики размером 120 нм (0,2% (в координатах вес/объем)), взвешенные в 300 мкл 50 микромолей боратного буфера, рН 8,0, содержавшего 0,01% дигидрата цитрата натрия (в координатах вес/объем), 0,02% NaN₃ и дезоксихолата (в координатах вес/объем). Шарики были покрыты веществом с обычным поверхностным поглощением с анти-CRP антителами. Ячейка имела прямоугольное поперечное сечение и находилась на краю картриджа для облегчения измерения рассеянного света. Свет направляли на одну из боковых стенок ячейки. После начальной фазы растворения клеток, которая занимала приблизительно 10 секунд, измеряли увеличение рассеянного света в направлении, расположенном под углом в 90 градусов к направлению падающего света. Увеличение рассеянного света, происходившее из-за скопления латексных шариков, взаимодействующих с CRP, измеряли цифровой камерой при длине волны 425 нм.

Пример 12

Анализ на альбумин в моче при помощи намагниченных шариков, цветных латексных шариков и измерения коэффициента отражения

С помощью пипетки, оканчивающейся капилляром и установленной в картридже, 2 мкл мочи добавляли в ячейку (например, в ячейку 62) картриджа, такого же, как на фиг.11, и содержавшего намагниченные полимерные шарики размером 1000 нм (0,2% (в координатах вес/объем)) и синие латексные шарики размером 1000 нм (0,2% (в координатах вес/объем)), помещенные в 200 мкл 30 микромолей буфера на основе фосфата натрия, рН 5,7, содержавшего 0,5% BSA (в координатах вес/объем) и 0,05% NaN₃ (в координатах вес/объем). Намагниченные шарики (например, типа выпускаемых фирмой Dynal Biotech, Осло, Норвегия) были покрыты антителами, взаимодействующими с антигенными детерминантами молекул альбумина, отличающимися от антигенных детерминант, с которыми взаимодействуют антитела, нанесенные на латексные шарики.

Через 60 секунд магнит из неодима (10×7×2 мм) переместили из нерабочего положения (20 мм от ближайшей стенки ячейки) ближе к ячейке для того, чтобы привести его в непосредственный контакт с боковой стенкой ячейки. Магнит соприкасался со стенкой, расположенной напротив наклонной стенки, и действовал на всю часть ячейки, наполненную жидкостью (200 мкл). Ячейка и расположение магнита схематично изображены на фиг.20. В нерабочем положении магнитное поле, воздействующее на намагниченные шарики, слишком мало, чтобы перемещать их. Когда магнит ввели в соприкосновение с ячейкой, расстояние от магнита до ближайшей и самой дальней внутренней стенкой ячейки составляло соответственно 0,8 мм и 6,3 мм. При таком расстоянии шарики собрались у стенки через 30 секунд. При наличии аналита синий латекс связывался с намагниченными частицами, а прореагировавшая часть латексных шариков собиралась у стенки, в то время как непрореагировавшие частицы латекса оставались взвешенными.

При нахождении магнита в рабочем положении, для удаления жидкости, содержавшей непрореагировавшие частицы латекса, использовали пипетку, оканчивающуюся капилляром. Затем магнит отводили от ячейки в нерабочее положение.

Затем указанную пипетку перемещали в пустую ячейку (например, в ячейку 61), и перемещали жидкость в эту ячейку, подавая давление выше давления окружающей среды внутрь пипетки.

После этого оканчивающуюся капилляром пипетку переносили в следующую ячейку (например, в ячейку 60), в которой содержалось 500 мкл промывочного раствора (PBS, рН 7,4), и набирали 200 мкл. Затем эту пипетку перемещали обратно, в ячейку с намагниченными шариками, и шарики приводили во взвешенное состояние путем пятикратного закачивания в ячейку промывочного раствора и его выкачивания из нее. Магнит перемещали в рабочее положение, и давали возможность намагниченным шарикам собраться на стенке ячейки. Через 30 секунд промывочный раствор забирали обратно в указанную пипетку. Магнит после этого возвращали в нерабочее положение.

На следующем этапе пипетку, оканчивающуюся капилляром, перемещали в ячейку, содержавшую первую надосадочную жидкость (в ячейку 61), и закачивали в эту ячейку.

Затем эту пипетку перемещали в ячейку, содержавшую промывочный раствор (в ячейку 60), и набирали 200 мкл.

Указанную пипетку перемещали в ячейку, содержавшую намагниченные шарики (в ячейку 62), и шарики опять приводили во взвешенное состояние пятикратным закачиванием и выкачиванием промывочного раствора.

В ячейку, содержавшую взвешенные намагниченные шарики (ячейку 62), вводили пипетку, оканчивающуюся мембраной и снабженную микропористой мембраной с размерами пор в 0,45 мкм, а шарики собирали на мембрану всасыванием.

Указанную пипетку, оканчивающуюся мембраной, вынимали из ячейки 62 и определяли количество синих частиц латекса и желто-коричневых намагниченных шариков методом измерения коэффициента отражения, с использованием красного светоизлучающего диода для синих латексных шариков и синего светоизлучающего диода для намагниченных шариков. Количество поглощенного красного света/количество поглощенного синего света служило мерой количества синего латекса в смеси и, следовательно, мерой количества альбумина, присутствовавшего в пробе вещества.

Тот же самый картридж может также использоваться для определения содержания креатинина в моче и, следовательно, соотношения альбумин:креатинин в пробе мочи. Количество альбумина в моче отражает состояние почек, а соотношение белок:креатинин может применяться при лечении диуреза. Измерение соотношения белок:креатинин описано, например, в патенте US-A-5385847.

В этом варианте выполнения часть пробы мочи смешивали с растворяющим реактивом и ферментом или смесью ферментов, которые взаимодействовали с креатинином для получения окрашенного аналита, который обнаруживали при помощи цифровой камеры, измеряя коэффициент пропускания света через ячейку, содержавшую мочу, ферменты и растворяющий реактив.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство для анализа включает картридж для анализа, содержащий по меньшей мере одну ячейку и пипетку, которую можно поместить по меньшей мере в одну из указанных ячеек; держатель, выполненный с возможностью размещения в нем указанного картриджа; перемещающий механизм, выполненный с возможностью помещения указанной пипетки в выбранные ячейки указанного картриджа; средство приложения давления газа, выполненное с возможностью присоединения к указанной пипетке для того, чтобы вызвать течение жидкости через указанную мембрану; и датчик излучения, позволяющий обнаружить излучение от ячейки указанного картриджа или от указанной пипетки. Технический результат - повышение точности количественного анализа для проведения исследований широкого спектра. 9 н. и 33 з.п. ф-лы, 23 ил., 1 табл.

1. Устройство для анализа, содержащее

i) картридж (52, 53) для анализа, содержащий по меньшей мере две ячейки (57-62) и пипетку (55), которую можно поместить по меньшей мере в две из указанных ячеек и которая имеет проксимальный конец и дистальный конец, причем дистальный конец закрыт мембраной, проницаемой для жидкости;

содержащий также разделяемые основание и крышку, причем ячейки расположены в основании, а крышка выполнена с возможностью размещения в ней указанной пипетки;

ii) держатель, выполненный с возможностью размещения в нем указанного картриджа;

iii) перемещающий механизм, предназначенный для помещения указанной пипетки в выбранные ячейки указанного картриджа;

iv) средство приложения давления газа, выполненное с возможностью присоединения к указанной пипетке для того, чтобы вызвать течение жидкости через указанную мембрану; v) источник электромагнитного излучения, предназначенный для освещения указанного картриджа;

vi) датчик излучения, позволяющий обнаружить излучение от ячейки указанного картриджа или от указанной пипетки.

i) картридж (52, 53) для анализа, содержащий по меньшей мере одну ячейку (57-62) и пипетку (50), которую можно поместить по меньшей мере в одну указанную ячейку, причем указанная пипетка имеет капиллярный конец; содержащий также разделяемые основание и крышку, причем ячейки расположены в основании, а крышка выполнена с возможностью размещения в ней указанной пипетки;

ii) держатель, выполненный с возможностью размещения в нем указанного картриджа;

iii) перемещающий механизм, предназначенный для помещения указанной пипетки в выбранные ячейки указанного картриджа;

iv) средство приложения давления газа, выполненное с возможностью присоединения к указанной пипетке для того, чтобы вызвать течение жидкости в указанную пипетку;

v) источник электромагнитного излучения, предназначенный для освещения указанного картриджа;

vi) датчик излучения, позволяющий обнаружить излучение от ячейки указанного картриджа или от указанной пипетки.

i) картридж (52, 53) для анализа, содержащий по меньшей мере одну ячейку (57-62) и пипетку (50), которую можно поместить по меньшей мере в одну указанную ячейку, причем по меньшей мере одна указанная ячейка имеет две параллельные плоские боковые стенки, соединенные нижней стенкой, которая имеет по меньшей мере одну плоскую грань, нормаль к поверхности которой компланарна с нормалями к параллельным плоским поверхностям указанных боковых стенок и не перпендикулярна этим нормалям; содержащий также разделяемые основание и крышку, причем ячейки расположены в основании, а крышка выполнена с возможностью размещения в ней указанной пипетки;

ii) держатель, выполненный с возможностью размещения в нем указанного картриджа;

iii) перемещающий механизм, предназначенный для помещения указанной пипетки в выбранные ячейки указанного картриджа;

iv) средство приложения давления газа, выполненное с возможностью присоединения к указанной пипетке для того, чтобы вызвать течение жидкости в указанную пипетку;

v) источник электромагнитного излучения, предназначенный для освещения указанного картриджа;

vi) датчик излучения, позволяющий обнаружить излучение от ячейки указанного картриджа или от указанной пипетки.

Приоритет по пунктам: