УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТВЕРДОФАЗНОГО ИММУНОАНАЛИЗА И СПОСОБ ТВЕРДОФАЗНОГО ИММУНОАНАЛИЗА Российский патент 2010 года по МПК G01N33/53 

Устройство относится к области твердофазного иммуноанализа компонента в анализируемой смеси, преимущественно биологических объектов, и подачи соответствующих реагентов для иммуноанализа и может быть использовано для получения информации о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси.

Известное устройство [патент US № 6488894] имеет контрольный объем, заполненный носителем, на котором сформирована рабочая активная или активированная поверхность, на которую нанесен иммунологический компонент, комплементарный к определяемому компоненту, а также корпус, содержащий блок дозирования и подачи реагентов с возможностью регистрации сигнала контрольного объема и получения информации о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси, что совпадает с признаками предлагаемого объекта. Кроме того, блок подачи реагента вынесен за пределы контрольного объема.

Недостаток известного устройства состоит в том, что:

- для подачи реагентов требуется высокая точность изготовления деталей конструкции для обеспечения несмешиваемой подачи реагентов, т.к. любое просачивание реагентов, содержащихся в различных областях дозатора, нарушает работоспособность устройства;

- изготовление устройства предполагает предварительное заполнение областей дозатора соответствующими реагентами;

- ограничение срока годности снаряженного дозатора сроком годности наименее стойкого реагента.

Также известен одноразовый реактор [RU №2115122] для твердофазного иммуноанализа, наиболее близкий к предлагаемому и выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус, внутри которого сформирован, по крайней мере один, контрольный объем, заполненный носителем, на котором сформирована рабочая активная или активированная поверхность, на которую нанесен иммунологический компонент, комплементарный к определяемому компоненту, а также блок дозирования и подачи реагентов с возможностью регистрации сигнала контрольного объема и получения информации о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси, что совпадает с существенными признаками предлагаемого устройства. При этом подача пробы и реагента осуществляется пипеточным способом в верхнюю часть контрольного объема.

Недостаток известного устройства состоит в том, что:

- при подаче реагентов требуется полная задержка определяемого компонента в контрольном объеме, что трудно реализовать и контролировать при твердофазном иммуноанализе, поскольку всегда часть определяемого компонента не успевает прореагировать за ограниченное время анализа;

- предполагается однонаправленное заполнение дозатора соответствующими реагентами, что исключает возможность подачи реагентов в контрольный объем с разных направлений (сверху и снизу);

- отсутствует возможность коррекции полученных результатов с учетом изменения активности иммунореагентов во времени;

- предполагается ориентация корпуса устройства, близкая к вертикальной, что снижает функциональные и эксплуатационные возможности устройства (наклонное размещение, совместное параллельное использование нескольких устройств);

- открытое исполнение корпуса во время подачи реагентов допускает неконтролируемое загрязнение контрольного объема из окружающей среды;

- жестко ограничен объем слоя носителя не более 600 мкл, что существенно ограничивает объем и концентрацию анализируемого компонента (для выполнения условия полного задержания компонента).

Работа устройства прототипа осуществляется следующим образом.

Устройство содержит корпус, внутри которого сформирован контрольный объем, заполненный носителем, на котором сформирована рабочая поверхность, на которую нанесен иммунологический компонент, комплементарный к определяемому компоненту. Блок дозирования и подачи реагентов - пипеточный автомат - осуществляет подачу реагентов в верхнюю часть контрольного объема. По мере протекания определяемого компонента внутрь контрольного объема исследуемый компонент полностью задерживается носителем объемом не более 600 мкл. На активной поверхности носителя протекает биохимическая реакция. Результат реакции получают посредством регистрации маркеров реакции, например флуоресцентной индикации.

Указанные выше недостатки приводят к снижению чувствительности устройства из-за малого количества анализируемого компонента и открытого исполнения устройства в рабочем режиме, затруднению реализации полной задержки компонента, отсутствию функциональной гибкости из-за жесткой привязки оси устройства к вертикали, а также невозможности учета реального изменения активности иммунореагентов во времени, что приводит к искажению результатов и повышению требований к характеристикам реагентов.

Таким образом, требуемый технический результат состоит в повышении чувствительности, надежности получаемых данных, а также снижении стоимости, повышении функциональной гибкости. Для преодоления указанных недостатков и реализации требуемого технического результата предложено устройство для твердофазного иммуноанализа определяемого компонента в анализируемой смеси, содержащее корпус, внутри которого сформирован, по крайней мере один, контрольный объем, заполненный носителем, на котором сформирована рабочая активная или активированная поверхность, на которую нанесен иммунологический компонент, комплементарный к определяемому компоненту, а также блок дозирования и подачи реагентов с возможностью регистрации сигнала контрольного объема и получения информации о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси, что совпадает с существенными признаками предлагаемого устройства.

Кроме того, указанный блок дозирования и подачи реагентов конструктивно совмещен с корпусом и выполнен в виде одноразового шприца, включающего в себя мерный цилиндр с расположенной внутри него поршневой группой, состоящей из штока, поршня и диска-толкателя.

При этом активирование указанной рабочей поверхности осуществляют таким образом, чтобы обеспечить высокую концентрацию мест активной связи для иммунологического компонента, например, за счет химической модификации, по крайней мере, части поверхности, имеющейся в указанном контрольном объеме.

Кроме того, активирование указанной рабочей поверхности выполнено с привлечением синтеза трехмерной разветвленной биомолекулярной матрицы или двумерного спейсерного слоя для осуществления упомянутого нанесения иммунологического компонента.

Кроме того, указанную рабочую поверхность, сформированную в указанном контрольном объеме, выполняют в виде капиллярной или пористой структуры.

Кроме того, указанную рабочую поверхность формируют путем полного или частичного заполнения указанного контрольного объема микрогранулами.

Кроме того, упомянутые микрогранулы изготавливают либо в условиях низкого давления из полиэтилена, стабилизированного с помощью гамма-излучения, либо из полиэтилена высокого давления, либо из полистирола, либо из стекла, либо из силикатов.

Кроме того, указанный контрольный объем заполняется жидкой средой, а упомянутые микрогранулы удерживают в контрольном объеме во взвешенном состоянии с помощью стоячих акустических (ультразвуковых) волн, формируемых источниками вне устройства.

Кроме того, упомянутая рабочая поверхность сформирована путем полного или частичного заполнения контрольного объема протяженным фильтром, полученным спеканием полимерных микрогранул.

Кроме того, упомянутая рабочая поверхность сформирована путем полного или частичного заполнения указанного контрольного объема протяженными вдоль корпуса капиллярами или волокнами таким образом, чтобы обеспечить иммуннофильтрацию определяемого компонента на активной поверхности с иммунологическим компонентом.

Кроме того, капиллярная или пористая структура, заполняющая частично или полностью контрольный объем, сформирована путем помещения в него либо поликапиллярных структур, либо капиллярно-пористых материалов, либо исходных ингредиентов, которые в результате физико-химических превращений образуют капиллярно-пористую структуру.

Кроме того, упомянутую рабочую поверхность формируют путем заполнения контрольного объема пористой фильтрующей массой, обладающей сильно разветвленной (развитой) внутренней поверхностью, таким образом, чтобы обеспечить иммуннофильтрацию определяемого компонента на активной поверхности с иммунологическим компонентом.

Кроме того, контрольный объем формируют из нескольких пространственно разделенных областей с обеспечением возможности регистрировать упомянутый сигнал для каждой из указанных областей.

Кроме того, часть пространственно разделенных областей в упомянутом контрольном объеме используют в качестве каналов формирования опорного сигнала различного назначения, например в качестве каналов сравнения или каналов калибровки.

Кроме того, упомянутую рабочую поверхность формируют с использованием маркеров.

Кроме того, указанные маркеры присоединены к определяемому компоненту посредством дополняющего иммунологического реагента.

Кроме того, указанные маркеры выполнены либо из магнитного, либо ферментного, либо флуоресцентного, либо окрашенного, либо поглощающего свет в некотором спектральном диапазоне материала.

Кроме того, в упомянутых пространственно разделенных областях указанного контрольного объема формируют рабочую поверхность с нанесением на нее различных распознающих иммунологических компонентов, способных избирательно связывать различные определяемые компоненты с рабочей поверхностью с возможностью регистрации упомянутого сигнала для каждой из нескольких указанных областей и получения информации о содержании нескольких определяемых компонентов в анализируемой смеси.

Кроме того, упомянутые пространственно разделенные области указанного контрольного объема выполнены с возможностью регистрации упомянутого сигнала для каждой из нескольких указанных областей и получения информации о содержании нескольких определяемых компонентов в анализируемой смеси с привлечением компьютерных методов распознавания образов.

Кроме того, корпус выполнен так, что анализируемая смесь последовательно проходит области с различными распознающими иммунологическими реагентами и в каждой такой области группируется соответствующий определяемый компонент.

Кроме того, упомянутый контрольный объем и, соответственно, указанную рабочую поверхность формируют из нескольких пространственно разделенных областей с обеспечением возможности регистрировать упомянутый сигнал для каждой из указанных областей, при этом каждую из этих областей снабжают отдельным датчиком, регистрирующим материал маркера.

Кроме того, контрольный объем, состоящий из нескольких областей, пространственно разделенных вдоль упомянутого мерного цилиндра, выполнен с возможностью последовательно помещать указанные области вблизи датчика, регистрирующего материал маркера.

Кроме того, между упомянутыми пространственно разделенными областями указанного контрольного объема с нанесенными различными распознающими иммунологическими реагентами вставлены нейтральные промежуточные области, которые пространственно разделяют указанные области с различными иммунологическими компонентами не менее, чем на величину диаметра мерного цилиндра.

Кроме того, реагенты для иммуноанализа размещены в картридже, содержащем набор лунок, каждая из которых предназначена для определенного реагента, так что движение поршня внутри мерного цилиндра шприца обеспечивает прокачку определенного реагента для иммуноанализа через упомянутый контрольный объем.

Кроме того, указанный картридж для иммунореагентов выполнен в виде строки или ряда лунок двумерной планшеты, в частности в виде многолуночной планшеты, используемой для стандартного иммуноферментного анализа.

Кроме того, набирают линейку шприцов, расстояние между осями шприцов задают равным расстоянию между лунками в одной строке двумерной планшеты, располагают линейку шприцов с возможностью доставки определенных реагентов из упомянутых лунок в каждый из шприцов.

Кроме того, обеспечивают автоматизированное перемещение указанной линейки шприцов относительно лунок двумерной планшеты для последовательного забора различных реагентов из разных лунок планшеты для проведения иммуноанализа в каждом из шприцов.

Кроме того, часть шприцов в указанной линейке шприцов используют в качестве каналов формирования опорного сигнала различного назначения, например в качестве каналов проверки степени работоспособности реагентов, либо каналов сравнения, либо каналов калибровки.

Кроме того, начальное положение поршня шприца устанавливают по отметке шкалы его мерного цилиндра в соответствии с заданным разрежением газовой среды над контрольным объемом.

Кроме того, в верхней части штока шприца размещают маркер-индикатор для автоматизированного съема информации о положении поршня.

Кроме того, диск толкателя шприца выполняют с применением ферромагнитного материала.

Кроме того, нижнюю поверхность поршня шприца выполняют из зеркально отражающего материала.

Кроме того, иммунологический реагент выбирают из группы, содержащей либо гаптен, либо антитело, либо антиген, либо имеющих иммунологическое сродство полимеров, либо органических, либо неорганических материалов, либо супромолекулярных комплексов.

Кроме того, одноразовый шприц запечатан в герметическую упаковку, обеспечивающую контролируемые параметры среды, такие как, например, состав газовой атмосферы, влажность, светозащиту, для поддержания свойств во время хранения, причем упомянутая упаковка нарушается перед проведением иммуноферментного анализа.

Кроме того, иммунологический реагент находится в сухом состоянии, а его иммунологическая работоспособность восстанавливается при контакте реагента с жидкой анализируемой смесью.

Работа предлагаемого устройства иллюстрируется чертежами фиг.1-6.

Список фигур чертежей.

Фиг.1. Устройство для твердофазного иммуноанализа по п.1 формулы (вариант 1).

Фиг.2. Устройство для твердофазного иммуноанализа по п.1 формулы (вариант 2).

Фиг.3. Устройство для твердофазного иммуноанализа по п.12 формулы.

Фиг.4. Устройство для твердофазного иммуноанализа по п.23 формулы.

Фиг.5. Устройство для твердофазного иммуноанализа по п.25 формулы.

Фиг.6. Устройство для твердофазного иммуноанализа по п.25 формулы (изометрия).

На фиг.1-6 показаны варианты исполнения устройства для твердофазного иммуноанализа, состоящего из следующих элементов: 1 - шприц в сборе; 1а-1д - линейка шприцов в сборе; 2 - корпус; 3 - контрольный объем; 3а и 3б - варианты формы и расположения контрольного и референсного объемов; 4 - входной штуцер; 5 - выходной фланец; 6 - поршень; 7 - шток; 8 - диск-толкатель; 9 - направление движения поршневой группы; 10 - картридж для реагентов; 11, 11а-11д - реагенты в лунках картриджа 10; 12 и 13 - возможные направления движения шприца 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Выполненное в виде шприца 1 устройство для твердофазного иммуноанализа содержит корпус 2, внутри которого сформирован, по крайней мере один, контрольный объем 3, заполненный носителем, на котором сформирована рабочая активная или активированная поверхность, на которую нанесен иммунологический компонент, комплементарный к определяемому компоненту. При этом блок дозирования и подачи реагентов конструктивно совмещен с корпусом 2 одноразового шприца 1 и включает в себя мерный цилиндр с расположенной внутри него поршневой группой, состоящей из штока 7, поршня 6 и диска-толкателя 8.

Внутри контрольного объема 3 сформирована активированная рабочая поверхность таким образом, чтобы обеспечить высокую концентрацию мест активной связи для иммунологического компонента, например, за счет химической модификации поверхности, имеющейся в контрольном объеме. Через штуцер 4 производят забор пробы из анализируемого источника. В случае забора пробы из живых объектов штуцер 4 может быть снабжен съемной иглой. При этом проба заполняет контрольный объем 3. Далее шприц 1 совмещают с картриджем 10, содержащим в своих лунках 11, 11a, 11б и т.д. набор реагентов для соответствующих этапов иммунологического анализа. Забор и выпуск реагентов осуществляют соответствующим движением 9 поршневой группы. При этом корпус шприца перемещают из лунки в лунку по заданной программе, например, поднимая и опуская каждый шприц в лунку вдоль направления 12, а также перемещая шприцы из лунки в лунку вдоль направления 13.

Перед забором пробы из лунки исходное положение поршня может быть различным. В низшем положении будет обеспечен максимальный перепад давления. Это, во-первых, обеспечивает демпфирование при больших скоростях подачи реагента и, во-вторых, исключает прямой контакт поршня с реагентом. Демпфирование предотвращает образование пузырьков, т.к. может иметь место вскипание жидкости при быстром разряжении. Исключение контакта поршня с реагентом повышает чистоту анализа. В ходе анализов может быть предусмотрено автоматическое перемещение шприца 1, поршня 6 или картриджа 10. В результате указанных манипуляций на рабочей поверхности внутри контрольного объема образуются продукты реакции, обнаруживаемые по наличию соответствующего маркера. Это может быть окрашивающий, флуоресцентный, радиоизотопный и/или магнитный материал. Предпочтителен магнитный маркер, т.к. он не требует прозрачности корпуса шприца (можно использовать дешевые материалы) и допускает регистрацию сигнала со всего контрольного объема. Так, с помощью внешней магнитной катушки регистрируют сигнал из внутренних областей контрольного объема.

Такое снятие сигнала может осуществляться одновременно с двух контрольных объемов 3 и 3б на фиг.3. При этом один из них может использоваться для формирования референсного сигнала при дифференциальном включении датчиков, например, катушек индуктивности. Для повышения эффективности известных иммунных анализов в твердой фазе активирование рабочей поверхности может быть выполнено с привлечением синтеза трехмерной разветвленной биомолекулярной матрицы или двумерного спейсерного слоя для осуществления упомянутого нанесения иммунологического компонента. Рабочую поверхность, сформированную в контрольном объеме 3, выполняют в виде капиллярной или пористой структуры или формируют путем полного или частичного заполнения контрольного объема микрогранулами. Такие микрогранулы изготавливают либо в условиях низкого давления из полиэтилена, стабилизированного с помощью гамма-излучения, либо из полиэтилена высокого давления, либо из полистирола, либо из стекла, либо из силикатов. Контрольный объем 3 заполняют, например, жидкой средой, а упомянутые микрогранулы удерживают в контрольном объеме во взвешенном состоянии с помощью стоячих акустических (ультразвуковых) волн, формируемых источниками вне реактора. Другие указанные выше признаки вариантов устройства приводят к повышению эффективности, надежности, высокой производительности и качества устройства.

Указанный ранее аналог [1] является и аналогом способа твердофазного иммуноанализа, включающим подачу в реактор анализируемой среды, задерживание определяемого компонента анализируемой среды в реакторе и определение компонента, что совпадает с существенными признаками предлагаемого способа.

При этом блок подачи реагента выносят за пределы контрольного объема.

Недостатки известного способа аналогичны вышеуказанным недостаткам соответствующего устройства.

Также известен способ, реализованный в одноразовом реакторе [RU № 2115122] для твердофазного иммуноанализа, наиболее близкий к предлагаемому и выбранный в качестве прототипа, при котором осуществляют подачу в реактор анализируемой среды, задерживают определяемый компонент анализируемой среды в реакторе и устанавливают наличие определяемого компонента, что совпадает с существенными признаками предлагаемого способа.

При этом подачу пробы и реагента осуществляют пипеточным способом в верхнюю часть контрольного объема.

Недостатки известного способа аналогичны вышеуказанным недостаткам соответствующего устройства.

Указанные выше недостатки приводят к снижению чувствительности способа из-за малого количества анализируемого компонента и открытого исполнения соответствующего устройства в рабочем режиме, затруднению реализации полной задержки компонента, отсутствию функциональной гибкости из-за жесткой привязки оси устройства к вертикали, а также невозможности учета реального изменения активности иммунореагентов во времени, что приводит к искажению результатов и повышению требований к характеристикам реагентов.

Для преодоления указанных недостатков предложен способ (вариант 1) твердофазного иммуноанализа, включающий подачу в реактор анализируемой среды, задерживание определяемого компонента анализируемой среды в реакторе и определение компонента, что совпадает с существенными признаками предлагаемого способа.

При этом используют одноразовый шприц по любому из п.1-34, а подачу анализируемой среды и иных реагентов для иммуноанализа производят движением диска толкателя, связанного через шток с поршнем.

Также для преодоления указанных недостатков предложен способ (вариант 2) твердофазного иммуноанализа определяемого компонента в анализируемой смеси, состоящий в том, что иммуноанализ проводят с использованием набора реагентов для проведения полного цикла иммуноанализа, упомянутые реагенты размещены раздельно в, по крайней мере, одной группе ячеек планшеты, при этом формируют, по крайней мере, один контрольный объем, который заполняют носителем с рабочей активной или активированной поверхностью, на которую наносят иммунологический компонент, комплементарный определяемому компоненту анализируемой смеси, в указанный контрольный объем дозированно подают анализируемую пробу, затем в указанный контрольный объем дозированно в заданной последовательности подают соответствующие реагенты из набора для проведения полного цикла иммуноанализа, после чего воздействуют на контрольный объем зондирующим (опрашивающим) сигналом, формируют информационный сигнал, осуществляют регистрацию информационного сигнала, анализируют сформированный сигнал, после чего получают информацию о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси, что совпадает с существенными признаками известного способа.

Кроме того, формируют, по крайней мере один, дополнительный референсный объем, аналогичный контрольному объему, в указанный референсный объем дозированно подают референсную пробу, не содержащую определяемого компонента, затем в указанный референсный объем дозированно в заданной последовательности подают соответствующие реагенты из набора для проведения полного цикла иммуноанализа, после чего воздействуют на референсный объем зондирующим (опрашивающим) сигналом, формируют референсный сигнал, осуществляют регистрацию референсного сигнала, при этом информацию о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси определяют с учетом соотношения информационного сигнала и референсного сигнала.

Кроме того, контрольный и референсный объемы формируют внутри одного одноразового шприца, включающего в себя мерный цилиндр с расположенной внутри него поршневой группой, состоящей из штока, поршня и диска-толкателя.

Кроме того, контрольный и референсный объемы формируют внутри разных, по крайней мере, двух одноразовых шприцов, включающих в себя мерные цилиндры с расположенными внутри них поршневыми группами, состоящими из штока, поршня и диска-толкателя.

Кроме того, при активировании упомянутой рабочей поверхности, в частности, осуществляют химическую модификацию некоторой поверхности, имеющейся в указанном контрольном объеме, либо иммобилизацию на ней того или иного реагента.

Кроме того, при активировании упомянутой рабочей поверхности, в частности, осуществляют синтез биомолекулярной матрицы или спейсерного слоя для осуществления такой иммобилизации в трехмерной или двумерной области.

Кроме того, указанную рабочую поверхность, сформированную в упомянутом контрольном объеме, выполняют в виде капиллярной или пористой структуры аналогично рабочей поверхности хроматографической колонки.

Кроме того, упомянутую рабочую поверхность формируют путем полного или частичного заполнения указанного контрольного объема микрогранулами.

Кроме того, упомянутые микрогранулы изготавливают в условиях низкого давления из полиэтилена, стабилизированного с помощью гамма-излучения.

Кроме того, указанную рабочую поверхность формируют путем полного или частичного заполнения упомянутого контрольного объема капиллярно-пористой структурой.

Кроме того, капиллярную или пористую структуру, заполняющую частично или полностью упомянутый контрольный объем, формируют путем помещения в него капиллярно-пористых материалов либо исходных ингредиентов, которые в результате физико-химических превращений образуют капиллярно-пористую структуру.

Кроме того, упомянутую рабочую поверхность формируют путем заполнения указанного контрольного объема пористой фильтрующей массой, обладающей сильно разветвленной внутренней поверхностью.

Кроме того, указанный контрольный объем формируют из нескольких пространственно разделенных областей с обеспечением возможности регистрировать упомянутые информационный и референсный сигналы для каждой из указанных областей.

Кроме того, указанную рабочую поверхность формируют с использованием магнитных меток.

Кроме того, в указанных пространственно разделенных областях контрольного объема формируют рабочую поверхность с иммобилизацией на ней различных реагентов, способных избирательно связывать различные определяемые компоненты и посредством которых выбранные компоненты связываются с рабочей поверхностью с возможностью регистрации информационного и референсного сигналов для каждой из нескольких указанных областей и получения информации о содержании нескольких определяемых компонентов в анализируемой смеси.

Кроме того, идентификацию нескольких определяемых компонентов проводят, например, с привлечением компьютерных методов распознавания образов.

Кроме того, идентификацию смеси компонентов проводят, например, при пропускании анализируемой смеси через трубку или колонку так, что смесь последовательно проходит области с различными распознающими реагентами и в каждой такой области группируется соответствующий выбранный компонент.

Кроме того, упомянутый контрольный объем и, соответственно, указанную рабочую поверхность формируют из нескольких пространственно разделенных нейтральными промежутками областей с обеспечением возможности регистрировать информационный сигнал для каждой из указанных областей, при этом каждую из этих областей снабжают отдельным регистратором магнитных меток.

Кроме того, упомянутый контрольный объем, состоящий из нескольких областей, расположен внутри трубки, указанные области пространственно разделены вдоль этой трубки (колонки) с возможностью последовательно помещать указанные области вблизи регистратора магнитных меток, либо регистратор магнитных меток вблизи каждой из указанных областей, причем в этих областях иммобилизованы различные распознающие реагенты, избирательно связывающие различные выбранные компоненты при пропускании анализируемой среды через эту трубку (колонку).

Кроме того, размер нейтральных промежутков, пространственно разделяющих указанные области, выполняют не менее величины диаметра трубки или колонки.

Кроме того, реализуют параллельное (не обязательно одновременное) дозирование порций анализируемой смеси с использованием выделенных для анализируемой среды ячеек планшеты с ячейками для реагентов.

Кроме того, начальное положение поршня шприца устанавливают по отметке шкалы мерного цилиндра в соответствии с заданным разрежением газовой среды над контрольным или референсным объемами.

Кроме того, в верхней части штока шприца размещают маркер для автоматизированного съема информации о положении поршня.

Кроме того, диск толкателя шприца выполняют с применением ферромагнитного материала.

Кроме того, нижнюю поверхность поршня шприца выполняют из зеркально отражающего материала.

Кроме того, набирают линейку шприцов, расстояние между осями шприцов задают равным расстоянию между лунками-ячейками для реагентов планшеты, располагают линейку шприцев над рядом лунок планшеты, при этом продольные оси шприцов, ориентированные вертикально, совмещают с осями лунок соответствующего ряда планшеты.

Кроме того, магнитные метки регистрируются на основе нелинейных свойств магнитного материала метки при перемагничивании.

Кроме того, магнитные метки регистрируются по индукционному отклику на одной из комбинационных частот при воздействии магнитным полем, по крайней мере, на двух частотах.

Реализуемое по предлагаемому способу (вариант 1) твердофазного иммуноанализа устройство (фиг.1) работает следующим образом:

Выполненное в виде шприца 1 устройство для твердофазного иммуноанализа содержит корпус 2, внутри которого сформирован, по крайней мере, один контрольный объем 3, заполненный носителем. На рабочей активной или активированной поверхности внутри контрольного объема нанесен иммунологический компонент (например, антитело), комплементарный к определяемому компоненту (например, антиген). При этом блок дозирования и подачи реагентов конструктивно совмещен с корпусом 2 одноразового шприца 1 и включает в себя мерный цилиндр с расположенной внутри него поршневой группой, состоящей из штока 7, поршня 6 и диска-толкателя 8.

Внутри контрольного объема 3 сформирована активированная рабочая поверхность таким образом, чтобы обеспечить высокую концентрацию мест активной связи для иммунологического компонента, например, за счет химической модификации поверхности, имеющейся в контрольном объеме. Через штуцер 4 производят забор пробы из анализируемого источника. В случае забора пробы из живых объектов штуцер 4 может быть снабжен съемной иглой. При этом проба заполняет контрольный объем 3. Далее шприц 1 совмещают с картриджем 10, содержащим в своих лунках 11, 11a, 11б и т.д. набор реагентов для соответствующих этапов иммунологического анализа. Забор и выпуск реагентов осуществляют соответствующим движением 9 поршневой группы. При этом корпус шприца перемещают из лунки в лунку по заданной программе, например, поднимая и опуская каждый шприц в лунку вдоль направления 12, а также перемещая шприцы из лунки в лунку вдоль направления 13.

В результате указанных манипуляций на рабочей поверхности внутри контрольного объема образуются продукты реакции, обнаруживаемые по наличию соответствующего маркера. Это может быть окрашивающий, флуоресцентный, радиоизотопный и/или магнитный материал. Предпочтительно использование магнитного маркера, т.к. он не требует прозрачности корпуса шприца (можно использовать дешевые материалы) и допускает регистрацию сигнала со всего контрольного объема. Так, с помощью внешней магнитной катушки регистрируют сигнал из внутренних областей контрольного объема.

Устройство, реализуемое по предлагаемому способу (вариант 2) твердофазного иммуноанализа определяемого компонента в анализируемой смеси (фиг.3), работает аналогично устройству (фиг.1). Однако снятие сигнала осуществляют одновременно с двух объемов - контрольного 3 и референсного 3б на фиг.3. Последний используют для формирования опорного (референсного) сигнала, например, с использованием дифференциального включения датчиков, в т.ч. катушек индуктивности. При выполнении вышеуказанных операций повышают эффективность известных способов иммунных анализов в твердой фазе.

Следует отметить, что при использовании способа (вариант 1) процедура иммуноанализа интегрирована с дозированием вводимых реагентов. Кроме того, использование шприца позволяет минимизировать посторонние включения в ходе анализа и на этапе хранения.

При использовании способа (вариант 2) повышается достоверность анализа и снижаются требования к качеству реагентов. Дело в том, что снижение активности отдельных иммунореагентов из-за хранения и отклонений в технологии изготовления будет с одинаковой пропорциональностью проявляться в контрольном и референсном сигналах, что позволит компенсировать указанные отклонения путем дифференциальной методики съема результирующего информационного сигнала. Это позволит применять более дешевые реагенты, снизить стоимость и повысить доступность указанного способа мобильным лабораториям и широким слоям населения.

Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность указанных объектов изобретения - устройства для твердофазного иммуноанализа и способов (варианты 1 и 2) твердофазного иммуноанализа.

Изобретение относится к области твердофазного иммуноанализа компонента в анализируемой смеси, преимущественно биологических объектов, и подачи соответствующих реагентов для иммуноанализа и может быть использовано для получения информации о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси. Устройство для твердофазного иммуноанализа определяемого компонента в анализируемой смеси содержит корпус, внутри которого сформирован, по крайней мере один, контрольный объем, а также блок дозирования и подачи реагентов с возможностью регистрации сигнала контрольного объема и получения информации о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси. Контрольный объем заполнен носителем, на котором сформирована рабочая активная или активированная поверхность, на которую нанесен иммунологический компонент, комплементарный к определяемому компоненту. Блок дозирования и подачи реагентов конструктивно совмещен с корпусом и выполнен в виде одноразового шприца, включающего в себя мерный цилиндр с расположенной внутри него поршневой группой, состоящей из штока, поршня и диска-толкателя. Активирование рабочей поверхности выполнено с привлечением синтеза трехмерной разветвленной биомолекулярной матрицы или двумерного спейсерного слоя для осуществления нанесения иммунологического компонента. Во втором варианте выполнения устройства рабочую поверхность формируют путем полного или частичного заполнения контрольного объема микрогранулами. Контрольный объем заполняют жидкой средой, а микрогранулы удерживают в контрольном объеме во взвешенном состоянии с помощью стоячих акустических волн, формируемых источниками вне устройства. В третьем варианте выполнения рабочая поверхность сформирована путем полного или частичного заполнения указанного контрольного объема протяженным фильтром, полученным спеканием полимерных микрогранул. В четвертом варианте выполнения контрольный объем формируют из нескольких пространственно разделенных областей с обеспечением возможности регистрировать сигнал для каждой из указанных областей. Способ твердофазного иммуноанализа определяемого компонента в анализируемой смеси, включает подачу в реактор анализируемой среды, задерживание определяемого компонента анализируемой среды в реакторе и определение компонента. При этом используют одноразовый шприц, внутри которого формируют контрольный объем, на котором формируют рабочую активную или активированную поверхность, на которую наносят иммунологический компонент, комплементарный к определяемому компоненту. Подачу анализируемой среды и иных реагентов производят движением диска-толкателя, связанного через шток с поршнем, причем начальное положение поршня шприца устанавливают по отметке шкалы мерного цилиндра в соответствии с заданным разрежением газовой среды над контрольным объемом. Во втором варианте дополнительно формируют референсный объем. Воздействуют на референсный объем зондирующим (опрашивающим) сигналом, формируют референсный сигнал, причем формируют информационный и референсный сигналы с использованием дифференциального включения датчиков. При этом информацию о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси определяют с учетом соотношения информационного сигнала и референсного сигнала. Технический результат состоит в повышении чувствительности, надежности получаемых данных, а также снижении стоимости, повышении функциональной гибкости. 6 н. и 24 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для твердофазного иммуноанализа определяемого компонента в анализируемой смеси, содержащее корпус, внутри которого сформирован, по крайней мере, один контрольный объем, заполненный носителем, на котором сформирована рабочая активная или активированная поверхность, на которую нанесен иммунологический компонент, комплементарный к определяемому компоненту, а также блок дозирования и подачи реагентов с возможностью регистрации сигнала контрольного объема и получения информации о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси,
отличающееся тем, что блок дозирования и подачи реагентов конструктивно совмещен с корпусом и выполнен в виде одноразового шприца, включающего в себя мерный цилиндр с расположенной внутри него поршневой группой, состоящей из штока, поршня и диска-толкателя, а активирование упомянутой рабочей поверхности выполнено с привлечением синтеза трехмерной разветвленной биомолекулярной матрицы или двумерного спейсерного слоя для осуществления упомянутого нанесения иммунологического компонента.

2. Устройство для твердофазного иммуноанализа определяемого компонента в анализируемой смеси, содержащее корпус, внутри которого сформирован, по крайней мере, один контрольный объем, заполненный носителем, на котором сформирована рабочая активная или активированная поверхность, на которую нанесен иммунологический компонент, комплементарный к определяемому компоненту, а также блок дозирования и подачи реагентов с возможностью регистрации сигнала контрольного объема и получения информации о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси,
отличающееся тем, что блок дозирования и подачи реагентов конструктивно совмещен с корпусом и выполнен в виде одноразового шприца, включающего в себя мерный цилиндр с расположенной внутри него поршневой группой, состоящей из штока, поршня и диска-толкателя, а упомянутую рабочую поверхность формируют путем полного или частичного заполнения указанного контрольного объема микрогранулами, указанный контрольный объем заполняют жидкой средой, а упомянутые микрогранулы удерживают в контрольном объеме во взвешенном состоянии с помощью стоячих акустических волн, формируемых источниками вне устройства.

3. Устройство для твердофазного иммуноанализа определяемого компонента в анализируемой смеси, содержащее корпус, внутри которого сформирован, по крайней мере, один контрольный объем, заполненный носителем, на котором сформирована рабочая активная или активированная поверхность, на которую нанесен иммунологический компонент, комплементарный к определяемому компоненту, а также блок дозирования и подачи реагентов с возможностью регистрации сигнала контрольного объема и получения информации о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси,
отличающееся тем, что блок дозирования и подачи реагентов конструктивно совмещен с корпусом и выполнен в виде одноразового шприца, включающего в себя мерный цилиндр с расположенной внутри него поршневой группой, состоящей из штока, поршня и диска-толкателя, а упомянутая рабочая поверхность сформирована путем полного или частичного заполнения указанного контрольного объема протяженным фильтром, полученным спеканием полимерных микрогранул.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что упомянутую рабочую поверхность формируют с использованием маркеров, которые присоединены к определяемому компоненту посредством дополняющего иммунологического реагента, причем маркеры выполнены из магнитного материала.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что упомянутый контрольный объем и указанную рабочую поверхность формируют из нескольких пространственно разделенных областей с обеспечением возможности регистрировать упомянутый сигнал для каждой из указанных областей, при этом каждую из этих областей снабжают отдельным датчиком, регистрирующим материал маркера.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что упомянутый контрольный объем, состоящий из нескольких областей, пространственно разделенных вдоль упомянутого мерного цилиндра, выполнен с возможностью последовательно располагать указанные области вблизи датчика, регистрирующего магнитный материал маркера.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что начальное положение поршня шприца устанавливают по отметке шкалы его мерного цилиндра в соответствии с заданным разрежением газовой среды над контрольным объемом.

8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в верхней части штока упомянутого шприца размещают маркер-индикатор для автоматизированного съема информации о положении поршня шприца.

9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что диск толкателя шприца выполняют с применением ферромагнитного материала.

10. Устройство по п.3, отличающееся тем, что нижнюю поверхность поршня шприца выполняют из зеркально отражающего материала.

11. Устройство для твердофазного иммуноанализа определяемого компонента в анализируемой смеси, содержащее корпус, внутри которого сформирован, по крайней мере, один контрольный объем, заполненный носителем, на котором сформирована рабочая активная или активированная поверхность, на которую нанесен иммунологический компонент, комплементарный к определяемому компоненту, а также блок дозирования и подачи реагентов с возможностью регистрации сигнала контрольного объема и получения информации о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси,
отличающееся тем, что блок дозирования и подачи реагентов конструктивно совмещен с корпусом и выполнен в виде одноразового шприца, включающего в себя мерный цилиндр с расположенной внутри него поршневой группой, состоящей из штока, поршня и диска-толкателя, указанный контрольный объем формируют из нескольких пространственно разделенных областей с обеспечением возможности регистрировать упомянутый сигнал для каждой из указанных областей.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что часть пространственно разделенных областей в упомянутом контрольном объеме используют в качестве каналов формирования опорного сигнала различного назначения, например, в качестве каналов сравнения или каналов калибровки.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что в упомянутых пространственно разделенных областях контрольного объема формируют указанную рабочую поверхность с нанесением на нее различных распознающих иммунологических компонентов, способных избирательно связывать различные определяемые компоненты с рабочей поверхностью, с возможностью получения информации о содержании нескольких определяемых компонентов в анализируемой смеси с привлечением компьютерных методов распознавания образов.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что в упомянутых пространственно разделенных областях контрольного объема формируют указанную рабочую поверхность с нанесением на нее различных распознающих иммунологических компонентов, способных избирательно связывать различные определяемые компоненты с рабочей поверхностью, а между упомянутыми пространственно разделенными областями контрольного объема формируют нейтральные промежуточные области, которые пространственно разделяют упомянутые области контрольного объема с различными иммунологическими компонентами не менее чем на величину диаметра мерного цилиндра.

15. Способ твердофазного иммуноанализа определяемого компонента в анализируемой смеси, включающий подачу в реактор анализируемой среды, задерживание определяемого компонента анализируемой среды в реакторе и определение компонента,
отличающийся тем, что используют одноразовый шприц по любому из пп.1-14, внутри которого формируют контрольный объем, на котором формируют рабочую активную или активированную поверхность, на которую наносят иммунологический компонент, комплементарный к определяемому компоненту, подачу анализируемой среды и иных реагентов производят движением диска-толкателя, связанного через шток с поршнем, причем начальное положение поршня шприца устанавливают по отметке шкалы мерного цилиндра в соответствии с заданным разрежением газовой среды над контрольным объемом.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что при активировании упомянутой рабочей поверхности осуществляют химическую модификацию некоторой поверхности, имеющейся в указанном контрольном объеме, в частности осуществляют синтез биомолекулярной матрицы или спейсерного слоя для осуществления иммобилизации иммунологического компонента в трехмерной или двумерной области.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что в верхней части штока шприца размещают маркер для автоматизированного съема информации о положении поршня.

18. Способ по п.15, отличающийся тем, что диск толкателя шприца выполняют с применением ферромагнитного материала.

19. Способ по п.15, отличающийся тем, что нижнюю поверхность поршня шприца выполняют из зеркально отражающего материала.

20. Способ твердофазного иммуноанализа определяемого компонента в анализируемой смеси, состоящий в том, что иммуноанализ проводят с использованием набора реагентов для проведения иммуноанализа, при этом формируют, по крайней мере, один контрольный объем, который заполняют носителем с рабочей активной или активированной поверхностью, на которую наносят иммунологический компонент, комплементарный определяемому компоненту анализируемой смеси, в указанный контрольный объем дозированно подают анализируемую пробу, затем в указанный контрольный объем дозированно в заданной последовательности подают соответствующие реагенты для проведения иммуноанализа, после чего воздействуют на контрольный объем зондирующим (опрашивающим) сигналом, формируют информационный сигнал, осуществляют регистрацию информационного сигнала, анализируют сформированный сигнал, после чего получают информацию о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси,
отличающийся тем, что указанный контрольный объем и, по крайней мере, один дополнительный референсный объем, аналогичный контрольному объему, формируют внутри одноразововго шприца, выполненного по любому из пп.1-14, рабочие поверхности контрольного и референсного объемов формируют с использованием магнитных меток, в указанный референсный объем дозированно подают референсную пробу, не содержащую определяемый компонент, а также в заданной последовательности подают соответствующие реагенты для проведения иммуноанализа, после чего воздействуют на референсный объем зондирующим (опрашивающим) сигналом, формируют референсный сигнал, причем формируют информационный и референсный сигналы с использованием дифференциального включения датчиков, при этом информацию о содержании определяемого компонента в анализируемой смеси определяют с учетом соотношения информационного сигнала и референсного сигнала.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что контрольный и референсный объемы формируют внутри разных, по крайней мере, двух одноразовых шприцев.

22. Способ по п.20, отличающийся тем, что указанный контрольный объем формируют из нескольких пространственно разделенных областей с обеспечением возможности регистрировать упомянутый информационный сигнал для каждой из указанных областей.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что в указанных пространственно разделенных областях контрольного объема формируют рабочую поверхность с иммобилизацией на ней различных реагентов, способных избирательно связывать различные определяемые компоненты и посредством которых выбранные компоненты связываются с рабочей поверхностью, с возможностью регистрации информационного сигнала для каждой из нескольких указанных областей и получения информации о содержании нескольких определяемых компонентов в анализируемой смеси.

24. Способ по п.22, отличающийся тем, что идентификацию нескольких определяемых компонентов проводят, например, с привлечением компьютерных методов распознавания образов.

25. Способ по п.23, отличающийся тем, что упомянутый контрольный объем и указанную рабочую поверхность формируют из нескольких пространственно разделенных нейтральными промежутками областей с обеспечением возможности регистрировать информационный сигнал для каждой из указанных областей, при этом каждую из этих областей снабжают отдельным регистратором магнитных меток.

26. Способ по п.22, отличающийся тем, что упомянутый контрольный объем, состоящий из нескольких областей, расположен внутри трубки (колонки), указанные области пространственно разделены вдоль этой трубки (колонки), в указанных областях иммобилизованы различные распознающие реагенты, избирательно связывающие различные выбранные компоненты при пропускании анализируемой среды через эту трубку (колонку), с возможностью последовательно располагать либо указанные области вблизи регистратора магнитных меток, либо регистратор магнитных меток вблизи каждой из указанных областей.

27. Способ по п.20, отличающийся тем, что размер нейтральных промежутков, пространственно разделяющих указанные области, выполняют не менее величины диаметра трубки.

28. Способ по п.20, отличающийся тем, что начальное положение поршня шприца устанавливают по отметке шкалы мерного цилиндра в соответствии с заданным разрежением газовой среды над контрольным и референсным объемами.

29. Способ по п.16, отличающийся тем, что магнитные метки регистрируются на основе нелинейных свойств магнитного материала метки при перемагничивании.

30. Способ по п.16, отличающийся тем, что магнитные метки регистрируются по индукционному отклику на одной из комбинационных частот при воздействии магнитным полем, по крайней мере, на двух частотах.