CZ20021563A3

CZ20021563A3 - Způsob určení analytické koncentrace v tekutině a zařízení k provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ20021563A3
Application number: CZ20021563A
Authority: CZ
Inventors: Philip Cizdziel; Borzu Sohrab; Anthony Yung
Original assignee: Lifescan, Inc.
Priority date: 2001-05-09
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2003-02-12
Also published as: CZ298135B6; CN1409103A; EP1256797A2; AU783326B2; MXPA02004492A; CN1265187C; JP2003004733A; US20040203164A1; HK1049879A1; TWI234647B; SG108295A1; US6753187B2; PL353768A1; KR20020086230A; IL149395A; SE0201191D0; IL149395A0; RU2002112357A; CA2385174A1; AU3433202A

Description

Způsob určení analytické koncentrace v tekutině a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Tento vynález pojednává o způsobu určení analytické koncentrace, zejména optických protokolů, např. určení analytické koncentrace na základě reflexních měření nebo měření prostupnosti.

Dosavadní stav techniky

Analytická měření ve fyziologických tekutinách, jako např, v krvi nebo krevních derivátech, nabývá v současné společnosti na stále větším významu. Analytická detekce zkoušek nachází použití v různých aplikacích, včetně klinických laboratorních testů, domácích testů apod., kde výsledky těchto testů hrají velmi důležitou rolí při diagnóze a léčbě při různých podmínkách chorob. Předmětná analýza zahrnuje alkohol, formaldehyd, glukózu, glutamické kyseliny, glycerol, beta-hydroxybutyrát, L-acetát, Lučin, kyselinu jablečnou, pyrohroznové kyseliny, steroidy atd.

V odezvě na tento stále rostoucí význam analytických měření bylo vytvořeno mnoho analytických meřících zařízení, která umožnila pacientům si sami testovat svou krev na přítomnost a určení koncentrace pro rozdílné analýzy. Velký význam a použití mají v této oblasti optická měřící zařízení, ve kterých je vzorek osvětlen a z něj odražené světlo je detekováno pro získání analytické koncentrace.

Jedno takové zařízení je představeno v patentu US 4 552 458, vydanému na jméno Lokne, které se zaobírá s kompaktním reflektometrem, který umožňuje expozici reagenční látky rozdílnými světelnými paprsky, jedním červenýma jedním zeleným. Tyto světelné paprsky jsou sklopeny odrazným povrchem, který tyto paprsky přesměruje skrz destičku z průhledného skla na reagenční pásek. Světlo je ·’~· *”ϊ 4 ’· * • 4» 4 4 444 44 4 · 4 4 4 · 4 444

4 44 ·· 44 «444

- 2 odraženo dozadu od pásku podél podobně sklopené cesty na detektor, který je uspořádaný ve stejné rovině, jako je světelný zdroj.

Další patenty popisující různá optická uspořádání pro osvětlení a detekci světla odraženého od reagenčního pásku jsou patent US 4 632 559 vydaný na jméno Mills, jehož předmětem je optická čtecí hlava pro měření nezrcadlových, tj. bez zrcadel, odrazů od reagenčního testovacího proužku, patent US 4 787 398, vydaný na jméno Garcia, pro lékařský monitorovací systém glukózy a patent US 4 985 205 pro analytický systém testování nosiče. Patent 4 985 205 popisuje referenční měření, používající shodné optické prvky použitím shodné referenční vrstvy pro zamezení dvouvrstvého testovacího procesu. Referenční měření používá dvě světelné diody LED pro osvětlení shodné barvu formující vrstvy z rozdílných směrů. Světelné diody LED jsem výhodně aktivovány následně po sobě, takže je možné zprůměrovat měření.

Patent US 5 039 225 popisuje zařízení pro měření optické hustoty se světlenou průsvitnou deskou, která je vsunuta mezi světlený zdroj a měřený povrch. Světlo je směrováno v určitém úhlu k povrchu desky tak, že část je odražena zpět do detektoru pro získání referenčního měření, zatímco další detektor je orientovaný pro detekci rozptýleného světla pro provedení analýzy.

Charakteristikou způsobů a zařízení pro určení glukózy použitím hodnoty měřeného odrazu je, že na výsledné měření může mít vliv teplota, protože jak optické komponenty, tak chemikálie jsou citlivé na teplotu. Například světelný výstup ze světlené diody LED se mění v reakci na změny okolní teploty. Byly učiněny různé pokusy s cílem opravit tento teplotní vliv u zařízení měřících odrazem. Tak např. patent US 5 995 236 a dokument WO 99/23479 obsahují řídící smyčky, které jsou použity pro měření změny teploty a pro modulaci proudu do světelné diody LED tak, aby se dosáhlo konstantního výstupu z diody. Viz také patent US 5 843 692, kde je popsán podobný přístup pro kompenzaci teplotní citlivosti světelné diody LED.

I přes výše uvedená zařízení a protokoly pro analýzu, které již byly vyvinuty, stále existuje trvalá potřeba dalších inovací na poli optiky, např. odrazných, *”* * · · * · • · Φ · · ··· « fc · « · · · * · »· · ·· ··

- 3 měřících zařízení pro určení anaíytické koncentrace. Obzvláštní význam by mělo vyvinutí takového zařízení, které by bylo schopno přesně teplotně opravovat hodnoty analytické koncentrace bez použití dodatečných teplotně citlivých prvků např. termistorů, dodatečných diod nebo detektorů nad ty, které jsou potřebné pro odrazná měření atd. Zejména potřebný by potom byl vývoj zařízení a způsobu, ve kterém by napájení dodávané do osvětlovacích prostředků nebylo modulované pro kompenzaci teplotní citlivosti.

Literatura, která se vztahuje k tomuto předmětu jsou US patenty Čísla 3 686 517,

529 949, 4 552 458, 4 632 559, 4 787 398, 4,985 205, 5 039 225, 5 049 487, 5 059 394,

477 853, 5 843 692, 5 995 236, 5 968 760 a dále také již zmíněný dokument WO 99/23479.

Podstata vynálezu

Tento vynález poskytuje optiku využívající způsoby a zařízení pro určení analytické koncentrace ve vzorku tekutiny. Při provádění předmětného způsobu je vzorek tekutiny aplikován na základní hmotu impregnovanou se signál vytvářejícím systémem. Tento systém vytváří detekovatelný produkt v množství proporčně úměrném k množství analýzy ve vzorku. Povrch základní hmoty je potom osvětlen a opticky, např. odrazem, se získají výsledky měření, obecně následně po předem dané inkubační době. Optický prostředek, přednostně osvětlovací nebo světlo detekující prostředek je rovněž použit pro teplotní hodnoty odpovídající teplotě okolí základní hmoty. Analytická koncentrace je ve vzorku je potom získána z optických měření za použití algoritmu, který využívá teplotní hodnotu získanou z optického prostředku. Předmětný způsob a zařízení je vhodné pro použití při detekci koncentrace glukózy v krvi.

Přehled obrázků na výkrese

Obr. 1. je perspektivní pohled na jedno provedení testovacího proužku obsahujícího reagenční podložku nebo základní hmotu na kterou se aplikuje tekutina, která má být analyzována.

« «««« vv *« · ·

Φ » · ♦ * · » · »

Φ » · · ·· · Φ · t · » t · · · · t · ·· · ·· ·· ·· ····

Obr. 2 je schematický blokový diagram zařízení, které je používáno podle tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Zde bude popsán optiku využívající způsob a zařízení pro určení analytické koncentrace ve vzorku tekutiny. Podle předmětného způsobu je vzorek tekutiny aplikován na základní hmotu impregnovanou se signál vytvářejícím systémem. Tento systém vytváří detekovatelný produkt v množství, které je proporcionálně úměrné analytickému množství ve vzorku. Povrch základní hmoty je osvětlen, načež je provedeno měření optickou cestou, např. odrazem, obecně až po tzv. inkubační době. Pro obdržení teplotní hodnoty, odpovídající teplotě okolí základní hmoty, je použit optický prostředek, přednostně osvětlovací nebo světlo detekující prostředek. Analytická koncentrace vzorku se potom získá optickým měřením za pomoci algoritmu, který používá teplotní hodnotu získanou z optického prostředku. Předmětný způsob a zařízení jsou vhodné pro použití v detekci různých typů analýz tekutin a zejména potom pro použití při detekci koncentrace glukózy v krvi.

Před dalším popisem vynálezu by mělo být pochopeno, že vynález není omezen na konkrétní provedení podle níže popsaného vynálezu, protože mohou být vytvořeny různé varianty konkrétního provedení, které budou stále spadat do rozsahu ochrany přiložených nároků. Dále by mělo být chápáno, že použitá terminologie se vztahuje k popisu konkrétního provedení a neměla by tedy v žádném případě být chápána jako omezující. Rozsah vynálezu je tedy určen pouze přiloženými nároky.

V popisu a v přiložených nárocích zahrnují jednoduché reference i množné číslo, pokud to z textu zcela jasně nevyplývá jinak. Pokud to není uvedeno jinak všechny zde použité technické a vědecké termíny mají stejný význam, jak by je chápal odborník v oblasti, do které tento vynáfez náleží.

vvvv v* »* ·· * ··« · · · · t · ft · · ··· · t · t t · «··»»··« * *·« · « · · · · « • · 9 »· ·· »·«···

Přehled:

Jak bylo popsáno výše, tento vynález je zaměřen na optické systémy pro použití při detekci analytické koncentrace ve vzorku tekutiny, např. tělní tekutiny jako je krev nebo její frakce. Podle příkladného způsobu je vzorek tekutiny aplikován na základní hmotu, která obsahuje signál vytvářející systém. Příkladný způsob potom zahrnuje osvětlení a detekci světla pro získání optických měření ze kterých se obdrží analytická koncentrace. Pro analytické určení mohou být použity různá optická měření, přičemž tato měření zahrnují měření odrazem, měření prostupnosti a podobně. Znakem vynálezu je, že algoritmus používající teplotní hodnoty získané za pomoci optických komponentů zařízení, jako jsou osvětlovací a/nebo detekční/monitorovací prvky, se použije pro odvození analytické koncentrace z měření odrazu.

V dalším popisu tohoto vynálezu jsou nejprve detailně popsány testovací proužky a zařízení, které jsou použity při provádění způsobu, a potom následuje detailní popis vlastního způsobu.

Reagenční testovací proužky

První částí vynálezu, jak bude představen, jsou reagenční prvky nebo reagenční testovací proužky, které zahrnují podklad vhodně ve tvaru podložky, vytvořené z inertní porézní základní hmoty a ze složky nebo ze složek, tj. reagenčních prvků signál tvořícího systému, kde tento systém je schopen reakce s analytickým vzorkem pro vytvoření světlo absorbujícího reakčního výrobku. Signál tvořící prostředky jsou impregnovány do pórů porézní základní hmoty. Signál tvořící systém nijak znatelně nebrání pronikání tekutiny do základní hmoty.

Pro pomoc při čtení odrazu je vhodné, aby základní hmota měla alespoň jednu stranu hladkou a plochou. Základní hmota je typicky zformována do tenkého archu s alespoň jednou hladkou a plochou stranou. Základní hmota je hydrofilní, takže reagenční prvky s mohou mít kovalentní nebo nekovalentní vazbu. Základní > «·«« ν· ·» ·· ·· * » · · · · · · · · » » » · · ·· · · · ♦ · · · · · · · · «· * ·♦ ·· ·· ····

- 6 hmota je umožňuje průtok vodného média touto hmotou. Také umožňuje vazbu proteinových složek k základní hmotě bez podstatného zpětného ovlivňování biologické aktivity proteinů, napr. enzymatické aktivity enzymů. Jestliže mají proteiny vytvořit kovalentní vazbu, má základní hmota aktivní místa pro kovalentní vazbu nebo je aktivována některým běžně známým způsobem. Složení základní hmoty je odrazné a má dostatečnou tloušťku aby umožnila vytvoření světlo absorbující barvy v platném objemu nebo na povrchu tak, aby podstatně ovlivnilo odraz od základní hmoty, Základní hmota má jednotné složení nebo povlak na základní hmotě pro vytvoření nezbytné struktury a fyzikálních vlastností.

Základní hmota se obvykle navlhčením nedeformuje a tak si i po navlhčení udržuje svůj původní tvar a velikost. Základní hmota má definovanou absorpci, takže absorbovaný objem může být kalibrován v rozumných mezích, přičemž změny jsou obvykle udržovány pod 50 % a přednostně pod 10 %. Základní hmota má dostatečnou pevnost za vlhka, aby umožnila rutinní výrobu. Základní hmota umožňuje nekovalentní vazbu reagenčních prvků pro jejich relativně rovnoměrné rozmístění po povrchu základní hmoty.

Jako příklad základní hmoty jsou uvedeny polyamidy, zejména pro vzorky jako je krev. Polyamidy jsou výhodně kondenzační polymery monomerů s 4-mi až8-mi atomy uhlíku, kde monomery jsou laktamy nebo kombinace diaminů a dikarboxylových kyselin. Mohou být rovněž použity další polymerické směsi se srovnatelnými vlastnostmi. Polyamidové směsi mohou být pozměněny pro zavedení jiných funkčních skupin, které poskytnou nabitou strukturu, takže povrch základní hmoty může být neutrální, kladný nebo i záporný, stejně jako neutrální, zásaditý nebo kyselý. Přednostní povrch je kladně nabitý. Bylo zjištěno, že kladný náboj zvyšuje jak stabilitu tak i životnost slupky.

Při použití pro krev má základní hmota přednostně póry s průměrem v rozmezí od 0,1 do 2 μ, ještě výhodněji od 0,6 do 1,0 pm. Jestliže je průměr pórů porézní základní hmoty kolem 0,8 pm , nezpůsobí vzorek krvi chromatogarfický efekt. To znamená, že vzorek krve nevyhledá okraj kruhové základní hmoty. Krev tak spíše zůstane umístěna ve všech pórech a poskytne tak jednotnou čitelnost celé ·· ·*·· ·* *» · *· e fc « ··· * · * · • » · · * ··· · » * * * · · · · · · · * ·« * ·· ·· ····«· základní hmoty. Navíc tento rozměr pórů maximalizuje savost před čtením vzorku. To znamená, že tato velikost pórů je jak adekvátně vyplněn, tak však nepřeplněna, takže hladina hematocytů v krvi nezpůsobí, že by vzorek před svým čtením vyžadoval nasáknutí. Bylo také zjištěno, že taková velikost pórů je optimální s ohledem na životnost obalu a stabilitu.

Výhodný způsob přípravy porézního materiálu je nalití hydrofilního polymeru na jádro z netkaných vláken. Vlákna jádra mohou být jakýkoliv vláknitý materiál, který poskytuje popsanou integritu a pevnost, jako jsou polyestery a polyamidy. Reagenční prvek, který tvoří světlo absorbující reakční produkt, který bude dále detailněji popsán, je přítomen v pórech základní hmoty avšak ji nijak neblokuje, takže tekutá část zkoušené látky, např. krve, která je analyzována, může póry protékat, zatímco částice, jako jsou erytrocyty, jsou drženy na povrchu.

Základní hmota je v podstatě odrazná, což poskytuje difúzní reflexi, aniž by bylo zapotřebí reflexní zadní krycí vrstvy. Přednostně alespoň 25 %, ještě výhodněji alespoň 50 % dopadlého světla na základní hmotu je odraženo a vysláno jako difúzní reflexe. Základní hmota je méně než 0,55 mm silná, přičemž přednostně má tloušťku od 0,01 mm do 0,3 mm, Nejpřednostnější je potom tloušťka v rozmezí od 0,1 mm do 0,2 mm, zejména pro nylonovou základní hmotu.

Základní hmota je typicky připojena k držáku tak, aby jí byla dána fyzikální forma a pevnost, i když to není nezbytně nutné. Obr. I představuje provedení podle vynálezu, u kterého je reagenční proužek 10 opatřeny tenkou hydrofilní reagenční podložkou 11 ze základní hmoty, která je umístěn na jednom konci plastického držáku 12 za pomoci lepidla 13, které přímo a pevně přichytí reagenční podložku H k držáku 12. V držáku 12 je vytvořen otvor J_4 v ploše, kde je připevněna reagenční podložka 11, takže je možné aplikovat vzorek na jednu stranu reagenční podložky H a odrážet světlo z druhé strany,

Pro krev jako testovaný vzorek má obecně podložka H nebo základní hmota plochu v řádu kolem 10 mm² až 100 mm², zejména potom 10 mm² až 50 mm² nebo o průměru 2 mm až 1 Omm - která je normálně pojme 5 až 10 pl vzorku, než » *· ·· ·♦ ·· • · • · · · t ··· · fc * • * · * · · · ♦ » · «· fr ♦· «· ·* ···· dojde k saturaci. Samozřejmě, jakmile je nad prahem 5 až 10 μΙ dosažena saturace, dalšího množství krve již není zapotřebí. Jak je patrné z obr. 1, podpěra drží reagenční podložku Π. tak, že na její jednu stranu může být aplikován vzorek, zatímco je z protilehlé strany k místu aplikace vzorku měřen světelný odraz.

Obr. 2 představuje systém ve kterém je reagenční prvek aplikován na stranu s otvorem 14 ve stěně držáku Γ2, zatímco na opačné straně reagenční podložky 11 se odráží a měří světlo. Stejně tak mohou být použity jiná než popsaná uspořádání. Reagenční podložka H může mít různé tvary a formy při podřízení zde uvedeným vymezením, Reagenční podložka J_L bude přístupná alespoň z jednoho povrchu a obvykle ze dvou povrchů.

Hydrofilní vrstva [reagenční prvek) může být k podpěře připevněn jakýmkoliv vhodným způsobem, např. držákem, svorkou nebo lepidlem, nicméně přednostní způsob je jeho připojení k podpěře. Připojení může být provedeno jakýmkoliv vhodným nereaktivním lepidlem, termálním způsobem ve kterém je podpěrný povrch roztaven dostatečně tak, aby zachytil část materiálu použitého pro hydrofilní vrstvu, nebo pomocí mikrovlnných nebo ultrazvukových připevňovacích technik, které jakýmkoliv vhodným způsobem rozpustí hydrofilní podložku pro vzorky k podpěře. Je důležité, aby připevnění nijak podstatně samo neinterferovalo s difúzními odraznými měřeními, i když je to velmi nepravděpodobné, protože v místě odčítání není žádné lepidlo. Např. na podpěrný pásek je aplikováno lepidlo 13 následováno nejprve vyražením otvoru 14 do zkombinovaného pásku s lepidlem a potom se teprve aplikuje reagenční podložka 11 k lepidlu 13 v blízkosti otvoru Í4 tak, že obvodová část reagenční podložky 11 se připojí k podpěrné vrstvě.

Jak bylo výše popsáno, v reagenční podložce H ( v základním materiálu) je impregnován signál vytvářející systém, který je vytvořen z několika reagenčních složek, které vytvoří za přítomnosti patřičného analyzovaného vzorku detekovatelný produkt. Signál vytvářející systém je typicky systém vytvářející analytický oxidační signál. Tímto systémem je chápán takový systém, který vytvoří detekovatelný signál ze kterého se odvodí analytická koncentrace ve vzorku, wvw ·· * 99

9« * 9 9 9 9 9 9 9 • 99 9 9 ··· * * 9

9·· 9 9 9 9 * 9 9

9 99 ·· 99 «99·

- 9 analyzovaný vzorek je oxidován pomocí vhodných enzymů pro vytvoření vhodné zoxidované formy analyzované látky a odpovídající nebo proporcionální množství peroxidu vodíku. Peroxid vodíku je potom obrácené použit pro generování detekovatelného produktu z jedné nebo více indikátorových sloučenin, např, sdruženin barviv, u kterých je množství detekovatelného produktu vytvořeného signál tvořícím systémem, je potom vztaženo k analyzovanému množství v původním vzorku. Analytický oxidační signálový systém, který je typicky přítomen v předmětném testovacím proužku, může být jako takový správně charakterizován jako signál vytvářející systém založený na peroxidu vodíku nebo jako systému vytvářející peroxid produkující signál.

Jak bylo uvedeno výše, systémy vytvářející signál založený na peroxidu vodíku zahrnují enzymy, které oxidují analyzovanou látku a vytvářejí odpovídající množství peroxidu vodíku, kde odpovídajícím množstvím se rozumí, že množství peroxidu vodíku, které se vytvoří, je proporční k množství analyzované látky ve vzorku. Specifická povaha těchto prvních enzymů závisí na povaze analyzované látky, avšak obecně oxidázy. Enzymy jako takové mohou být oxidáza glukózy, jestliže je analyzována glukóza, oxidáza cholesterolu, jestliže se analyzuje cholesterol, oxidáza alkoholu, jestliže se analyzuje alkohol, dehydrogenáza formaldehydu, jestliže se analyzuje formaldehyd, oxidáza glutamátu, jestliže se analyzuje bglutamická kyselina, oxidáza glycerolu, jestliže se analyzuje glycerof, oxidáza galaktózy, jestliže se analyzuje galaktáza, oxidáza ketoaminu, jestliže se analyzuje glykovaný protein, např. aminofruktóza, 3-hydroxybutyrát dehydrogenázy, jestliže se analyzují ketonová tělíska, oxidáza L-askorbátu, jestliže se analyzuje kyselina askorbová, oxidáza mléčnanu, jestliže se analyzuje kyselina mléčná, oxidáza Lučinu, jestliže se analyzuje Lučin, oxidáza malátu, jestliže se analyzuje kyselina jablečná, oxidáza piruvátu, jestliže se analyzuje kyselina pyrohroznová, oxidáza močoviny, jestliže se analyzuje oxidáza kyseliny močové a podobně. Další oxidační enzymy pro použití s těmito nebo s jinými analýzami jsou odborníkům v tomto oboru dobře známy a mohou být rovněž použity.

Signál vytvářející systém také zahrnuje enzym, který katalyzuje přeměnu barvivového podkladu do detekovatelného produktu za přítomnosti peroxidu wwww .»» .·· *· * * · * fr > · · • · * ··· · fe * • »»·»··»* t i · · · * · · ♦ # · ·· * w· ·· «« «··«

- 10 vodíku, kde množství detekovatelného produktu , které je vytvořeno touto reakcí je proporcionální k množství přítomného peroxidu vodíku. Tento druhý enzym je obecně peroxidáza, kde vhodné peroxidázy zahrnují peroxidázu křenovou (HRP), peroxidázu sóji, rekombinantně vytvořenou peroxidázu a syntetické analogy, které mají peroxidační aktivitu a podobné. Viz např. Ci a kolektiv (1990)Analytica Chimica Acta, 233:299-302.

Barvící podklad je oxidován peroxidem vodíku za přítomnosti peorxidázy pro vytvoření produktu, který absorbuje světlo v rozsahu předem daných vlnových délek, tj. indikátorové barvivo. Indikátorové barvivo přednostně absorbuje silně při vlnových délkách odlišných od těch, při kterých vzorek nebo testovaný reagenční prvek silně absorbuje. Oxidační forma indikátoru může být zabarvený, lehce zabarvený nebo bezbarvý konečný produkt, který dokazuje změnu barvy na testovací straně membrány. Mělo by být řečeno, že testovací reagenční prvek může indikovat přítomnost analyzovaného prvku ve vzorku v tím, že zabarvená plocha vybledne nebo případně, že bezbarvá oblast vytvoří nějakou barvu. Příklady barevných podkladů, které mohou být použity, zahrnují ANS a MBTH nebo jejich analogy, MBTH-DMAB, AAP-CTA a podobné. Viz např. patenty US 5 922 530, 5 776 719, 5 563 031,5 453 360 a 4 962 040, které jsou zde zmíněny v odkazu.

Optické čtecí zařízení

V předmětném způsobuje použito optické čtecí zařízení, tj, vlastně snímač, které provádí automatické testy, např. měření prostupnosti, odrazu atd., kde toto optické měření je použito pro odvození analytické koncentrace ve vzorku.

V mnoha příkladech provedení je pro automatické čtení odrazu v určitých bodech v čase použit vhodný přístroj, jako např. difúzní odrazný spektrometr s příslušným softwarem, který vypočítává rychlost změn odrazu a za pomoci kalibračních faktorů na výstupu udá úroveň analyzované látky ve vodné tekutině. Jak bude popsáno detailněji dále, znakem zařízení podle tohoto vynálezu je , že obsahuje prostředky pro určení teplotní hodnoty reprezentující teplotu okolí základní hmoty za požití optických prostředků zařízení, např. osvětlovacími nebo . I

* · « ···

* »· • t • » • » · ·· ·· detekčními prostředky, a potom použije tuto teplotní hodnotu při optickém, např. odrazném, algoritmu určení analytického měření.

Příkladné odrazné čtecí zařízení, které může být použito v tomto vynálezu, je zobrazeno na obr. 2. Na obr. 2 je zobrazeno zařízení podle vynálezu, obsahující držák 12 ke kterému je připojena reagenční podložka 11. Světelný zdroj 5, např. světelná dioda s vysokou intenzitou, vysílá paprsek světla na reagenční podložku J_L· Podstatná část tohoto světla, nejméně 25 %, přednostně nejméně 35 % a nejprednostněji nejméně 50%, při absenci reakčního produktu, je difúzně odražena od reagenční podložky a je detekována světelným detektorem 6, např. fotodetektorem, který vytváří výstupní proud proporční světlu, které na něj dopadne. Světelný zdroj 5_a/nebo světelný detektor 6 mohou být upraveny tak, aby generovaly nebo odpovídaly pouze na určité vlnové délky světla, pokud je to požadováno. Výstup ze světelného detektoru 6 je předán do zesilovače 7, například obvodu, který přeměňuje proud z fotodetektoru na napětí.

Analogové napětí přichází do analogově-digitálního konvertoru 19, kde je přeměněno pod řízením mikroprocesoru 20 např. do 12 bitových binárních digitálních čísel. Mikroprocesor 20 může být digitální integrovaný obvod. Poskytuje následné obslužné funkce: 1) časování celého systému, 2) čtení výstupu z analogově-digitálního konvertoru 19, 3) spolu s programem a datovou pamětí 21 ukládá data, odpovídající měření odrazu v předem určených časových intervalech, 4) z uložených odrazů vypočítává hladinu analyzovaného vzorku za pomoci algoritmu, využívajícího teplotní hodnoty obdržené z optických komponent zařízení, a 5) na výstupu předává data o koncentraci analyzovaného prvku na displej 22. Paměť 21 může být digitální integrovaný obvod, který ukládá data a obsahuje i operační program mikroprocesoru. Algoritmus je typicky nahrán na počítačově čitelném médiu, kterým je kterékoliv médium schopné uchovat algoritmus a být čteno výpočetními prostředky, např. procesorem. Displejem 22 může být jakékoliv výstupní zařízení, které může vytvářet různé formy výstupu ať již ve formě trvalého nebo přechodného zobrazení. Obvykle je to vizuální displej, jako např. displej z tekutých krystalů nebo ze světlených diod, avšak může jím být i pásková tiskárna, zvukový signál a podobně. Přístroj může zahrnovat vypínač typu »”»·**· • 4 4 4 4 ·· · 4 »

4« 4 · · · 4 · «

4« 4 44 »4 44 4444

- 12 start-stop a může poskytovat slyšitelný nebo viditelný časový výstup pro indikaci času pro aplikování vzorků, odečítání a podobně, je-li to požadováno.

V tomto vynálezu může být použit samotný reflexní obvod pro spuštění časování měřením poklesu v odrazu, který se objeví, když vodná složka suspenzního roztoku, který je aplikován na reagenční podložku J_l_, např. krev, migruje do povrchu na kterém se měří odraz. Měřící zařízení je typicky zapnuto do stavu „připraveno“, ve kterém je odečtení prováděno automaticky v blízko po sobě jdoucích časových intervalech, typicky po 0,2 s, z typicky vypnutého bílého , v podstatě suchého nezreagovaného reagenčního proužku. Počáteční měření jsou typicky vykonána ještě před penetrací základní hmoty tekutinou, která má být analyzována, avšak může být provedeno až po té , co je tekutina aplikována na místo na reagenčním prvku, které je odlišné od místa, na kterém bude měřen odraz. Hodnota odrazu je vyhodnocena mikroprocesorem, typicky uložením po sobě jdoucích hodnot do paměti a potom je každá hodnota porovnána s původní ještě nezreagovanou hodnotou. Když vodný roztok penetruje reagenční základní hmotu, zpustí pokles odrazných signálů měřící časové intervaly. Pro spuštění časování může být použit pokles v odrazu o 5 až 50%, typicky o 10%. Touto jednoduchou cestou je zajištěna přesná synchronizace toho, kdy testované médium dosáhne povrchu, na kterém je prováděno měření a spustí se sekvence odečítání, aniž by byla od uživatele vyžadována jakákoliv aktivita.

Čtecí zařízení odrazu, které může být upraveno pro použití v tomto vynálezu, např. úpravou přítomného algoritmu určení analytické koncentrace založené na reflexních měřeních pro použití teplotní hodnoty získané z optických komponent, např. ze světelné diody, fotodetektoru, zařízení, je dále popsáno v patentech US

734 360, 4 900 666, 4 935 346, 5 059 394, 5 304 468, 5 306 623, 5 418 142, 5 426 032,

515 170, 5 526 120, 5 563 042, 5 620 863, 5 753 429, 5 573 452, 5 780 304, 5 789 255, 5 843 691,5 846 486 a podobných, které jsou zde zmíněny v odkazu.

Způsob určení analytické koncentrace • · · · · · · • · ··· t · · * »« «·· » · • · · » » » · »· · ·· «·*·

Při provádění předmětného způsobu je prvním krokem získání testovaného vzorku vodné tekutiny, která obsahuje analyzovaný prvek. V mnoha příkladech provedení je touto tekutinou vzorek tělní tekutiny, čímž se rozumí vzorek tekutiny získaný ze živočicha, např. člověka, nebo z jeho tkáně. Příkladnou tělní tekutinou je krev nebo její frakce. Jestliže je vzorkem krev, může být získána z prstu nebo jiným vhodným způsobem. Dále je zapotřebí, aby byla tato tekutina, vzorek, vzorek tekutiny kontaktován s reagenční podložkou J_L (se základní hmotou). Kontakt je obecně proveden aplikováním vzorku tekutiny, který má být analyzován, na jednu stranu reagenční podložky 1_L reagenčního testovacího proužku. Je aplikováno množství tekutiny, které přesahuje prahovou hodnotu saturace základní hmoty v ploše, kde má být odraz měřen, tj. např, 5 až 10 μΙ, na reagenční prvek nebo prvky testovacího zařízení. Přebytečná tekutina může být odstraněna např. lehkým odsátím savým papírem, avšak toto odstranění není nezbytné.

Následná aplikace na základní hmotu, kterákoliv testovaná složka, která je přítomna ve vzorku, prochází reagenčním prvkem (základní hmotou] pomocí kapilarity, nasávání, gravitačním průtokem a/nebo rozptýlením. Složky signál vytvářejícího systému přítomné v základní hmotě reagují tak, že vytvoří světlo pohlcující reakční produkt.

Po aplikaci testovaného vzorku a typicky po ukončení předem dané inkubační doby v rozsahu 5 až 120 s, obvykle v rozmezí 10 až 60 s, tato inkubační doba může být odstartována samočinně nebo i ručně - to záleží na povaze zařízení a /nebo na použitém protokolu, se obdrží optické měření. V těch provedeních, kde optické měření je měření odrazuje povrch reagenční podložky, typicky protilehlý k místu, na kterém byl vzorek aplikován, osvětlen osvětlovacím prostředkem, např, světelnou diodou. Vlnová délka tohoto iluminačního světla může být v rozsahu 300 až 3000 nm, obvykle 400 až 1000 nm, a ještě výhodněji v rozmezí od 600 do 750 nm, např, 635 nm, 700 nm, atd.

Světlo je odraženo od povrchu podložky jako difúzní odražené světlo. Toto rozptýlené světlo je sbíráno a měřeno,např. detektorem reflexního spektrometru.

• · • * * · • · ·· • · · • · ·*· * t ♦ » · · * · · · • · · » 4 * * • « · ·· »»·*

Množství odraženého světla je potom vztaženo k analyzovanému množství ve vzorku. Jinými slovy, měří se pohlcení v určitých bodech v čase po aplikaci vzorku, tj, po skončení inkubační doby. Pohlcení se v této přihlášce vztahuje nejen ke světlu ve viditelném rozsahu vlnových délek, ale také mimo tento rozsah jako např. pro infračervené a ultrafialové záření, Z těchto měření pohlcování se může kalibrovat rychlost vyvinutí barvy v termínech analyzované hladiny.

Reflexní měření je dosaženo po ukončení předem určené inkubační doby. Následně je použit algoritmus pro odvození analytické koncentrace z reflexního měření.

Jak bylo uvedeno výše, znakem tohoto vynálezu je, že algoritmus použitý pro určení analytické koncentrace, tj. algoritmus pro určení analytické koncentrace reflexním měřením, je typu, který používá teplotní hodnotu. Důležité je, že teplotní hodnota je získána z optického komponentu reflexního čtecího zařízení, tj. světelné diody nebo fotodetektoru. V mnoha provedeních je teplotní hodnota, která se používá v algoritmu určení analytické koncentrace, je získána z teplotně citlivých iluminačních prostředků zařízení, např. světelné diody.

Teplotní hodnota je získána s tepelně citlivého optického komponentu reflexního čtecího zařízení při použití jakéhokoliv vhodného protokolu. Např. pokles napětí na světelné diodě zařízení při fixním proudu může být určeno v časovém okamžiku blízkém, např. před nebo po, nebo shodném s koncem inkubační doby. Na základě kalibrace jednotky může být měřený pokles napětí použit pro odvození teplotní hodnotu, zastupující teplotu okolí základní hmoty. Způsoby použití světelných diod k určení teploty diody jsou odborníkům dobře známé. Viz např. spis WO 99/23479 a jeho prioritní přihláška číslo US 60/063,935, kde obsah druhého dokumentu je zde zahrnut odkazem s ohledem na jeho popis jak použít světelnou diodu k určení teploty okolí diody. U zařízení podle tohoto vynálezu je optická komponenta použita k určení teploty jejího okolí dostatečně blízko uspořádána k základní hmotě, takže v podstatě udává okolní teplotu základní hmoty. Výrazem dostatečně blízko uspořádaná se rozumí vzdálenost mezi optickou komponentou a základní hmotou, která se obecně pohybuje v rozsahu • * φ φ φ · * φ · φ φ φ « φ φ φ«φ · φ · • φ * · Φ · Φ « « Φ 9 9

Φ · φ Φ · » » Φ · φ · ΦΦ #· ΦΦ ΦΦ··

- 15 0,5 αζ 25 mm, obvykle od 1,0 do 10 mm a nejčastěji v rozmezí 1,5 až 5,5 mm. Výrazem v podstatě shodná s základní hmotou se rozumí, že měřená teplota s liší, jestliže vůbec, od teploty základní hmoty ne o více než o 4°C, obvykle o 2°C a nejčastěji ne o více, než o 1°C.

Jak je uvedeno výše, teplotní hodnota použitá v tomto vynálezu, tj. teplota diody, může být určena pomocí teplotně citlivé optické komponenty zařízení v kterémkoliv vhodném bodu v průběhu měření. Teplota je jako taková měřena jednou a může být měřena v několika časových okamžicích v průběhu měření, přičemž jestliže je teplota měřena vícekrát, vícenásobné teplotní hodnoty mohou být zprůměrňovány pro vytvoření jedné teplotní hodnoty pro použití v algoritmu pro určení analytické koncentrace.,

Následně po obdržení reflexních měření a teplotní hodnoty, jak bylo popsáno výše, jsou tyto dva faktory použity v algoritmu pro určení analytické koncentrace, který je schopen převést hodnotu reflexního měření ve spojení s teplotní hodnotou pro získání hodnoty analytické koncentrace.

Algoritmus, který je použit, se nezbytně mění s povahou analyzované látky a signál vytvářejícího systému, stejně jako použité konkrétní reflexní čtecí zařízení. Příkladný algoritmus může být použit tam, kde analyzovanou látkou je glukóza a vzorkem tekutiny je krev, je modifikovanou verzí algoritmu popsaného v patentech US 5 049 487, 5 059 394, 5 843 692 a 5 968 760, které jsou zde zmíněny jako odkaz.

V těchto algoritmech je získáno jedna nebo více K/S hodnot z surových reflexních dat, kde hodnoty jsou vztažené k analytické koncentraci, V algoritmu použitém předmětným způsobem jsou K/S hodnoty použity ve spojení s teplotními hodnotami změřenými pomocí optických prvků zařízení, např. iluminačními prostředky, tak aby byla získán analytická koncentrace, Příkladný konkrétní algoritmus je:

Glukóza (mg/dL) = funkce (K/S 1 (ti), K/S 1 (tž).......K/S 1 (tn),

K/S 2 (t,), K/S 2 (t₂).......K/S 2 (tn),

K/S 3 (ti), K/S 3 ft₂).......K/S 3 (tn), *

* «· • · · • · ··· » »♦ » • »· · «· *· • · · • · » * • · ·» ··»· teplota) kde K/S 1 (ti) = normalizovaná reflexní hodnota měřená pro vlnovou délku 1 a čas ti

Z výše uvedené diskuze je zcela zřejmé, že vynález poskytuje důležitý zlepšení na poli reflexních měření analytické koncentrace. Použitím optických prvků pro určení teploty iluminačního a/nebo detekčního prostředku a tak i základní hmoty ve kteréže zahrnut detekovatelný produkt a potom použitím hodnoty měřené teploty přímo v algoritmu pro určení analytické koncentrace může být provedeno mnohem přesnější určení analytické koncentrace. V případě optického prostředku, jako např. světelné diody nebo fotodiody, použité pro výše uvedené teplotní měření, jsou teplotně závislá mření lineární vzhledem k teplotě a nevyžadují žádnou hardwarovou nebo softwarovou linearizaci. Navíc měří optické prostředky teplotu v místě, které je velmi důležité pro použití při obdržení teplotně korigované analytické hodnoty. Za třetí, protože nejsou vyžadovány dodatečné osvětlovací a/nebo detekční optické prostředky, jako je např, termistor, je tím poskytnuta výhody pro výrobu a cenu takového zařízení. Vynález tedy představuje podstatný příspěvek do této oblasti techniky.

Všechny přihlášky a patenty zmíněné v tomto popisu jsou zde zahrnuty jen jako reference jako kdyby každá jednotlivá přihlášky nebo patent byly individuálně uváděny jako reference. Kterákoliv publikace je zde zmíněna pro její obsah před datem podání této přihlášky a nemělo by to být chápáno jako připuštění toho, že tento vynález není oprávněn předejít tuto publikaci jako dřívější vynález.

Ačkoliv výše popsaný vynález byl detailně popsán pomocí ilustrativního příkladu pro účel objasnění a pochopení, je zcela zřejmé, že kterýkoliv odborník může provést ve světle popisu tohoto vynálezu jisté změny a úpravy, aniž by se oddálil od rozsahu ochrany dále uvedených nároků.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob určení analytické koncentrace ve vzorku tekutiny, vyznačující se tím,že

a) se kontaktuje vzorek se základní hmotou, obsahující signál vytvářející systém, kterým se vytváří na povrchu základní hmoty zbarvený produkt v množství, které je proporcionální k množství analyzované látky ve vzorku,

b) povrch základní hmoty se osvětlí iluminačním prostředkem,

c) z tohoto povrchu se posbírá světlo detekčním prostředkem pro získání optického měření,

d) z tohoto optického měření se určí analytická koncentrace ve vzorku za pomoci teplotní hodnoty, která se získá z světelného prostředku nebo detekčního prostředku.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že v krok, ve kterém se sbírá světlo, se sbírá odraženého světlo a optické měření je reflexní měření.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že teplotní hodnota se získá alespoň jednou před , v průběhu a/nebo po získání optického měření.

4. Způsob podle nároku 1,2 nebo 3, v y z n a č u j í c í se tím, že jako iluminační prostředek se použije světelná dioda,

5. Způsob podle nároku 1,2,3 nebo 4, vyznačující se tím, že jako detekční prostředek se použije teplotně citlivý světelný detektor.

6. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, v y z n a č u j í c í se t í m, že teplotní hodnota se získá z iluminačního prostředku,

7. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, v y z n a č u j í c í se t í m, že teplotní hodnota se získá před, v průběhu nebo po získání reflexních měření.

v · • * ··* • · · · ·· • · • · • · ····

- 18

8. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7, v y z n a č u j í c í se t í m, že základní hmota je součástí reagenčního testovacího proužku.

9. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, v y z n a č u j í c í se t í m, že se analyzuje glukóza.

10. Zařízení pro měření analytické koncentrace ve vzorku tekutiny pro provádění způsobu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 9, v y z n a č uj í c í se tím, že obsahuje

a) komoru pro vyhnutelné přijetí reagenčního testovacího proužku, který obsahuje reagenční podložku (11) s porézní základní hmotou, která jednak má první hlavní povrch pro přijetí vzorku a reflexní druhý hlavní povrch, který je protilehlý I prvnímu hlavnímu povrchu, jednak je upraven pro průchod vzorku od prvního hlavního povrchu k druhému hlavnímu povrchu, a jednak je impregnovaná s jedním nebo více reagenčními látkami signál vytvářejícího systému, který je vytvořen pro reakci s analyzovanou látkou pro vytvoření změn v odraznosti druhého povrchu,

b) iluminační prostředek (5) pro osvětlení druhého povrchu reagenční podložky (11) v komoře,

c) světelný detekční prostředek (6) pro monitorování intenzity světla, odraženého z druhého povrchu reagenční podložky v komoře, a

d) prostředky (20) pro výpočet analytické koncentrace z hustoty odraženého světla, kde tyto prostředky obsahují algoritmus, který používá teplotní hodnotu získanou z osvětlovacího prostředku a/nebo z detekčního prostředku, přičemž algoritmus je zaznamenán na počítačem čitelném médiu.