DE68909568T2

DE68909568T2 - Analytisches Testgerät.

Info

Publication number: DE68909568T2
Application number: DE89312931T
Authority: DE
Inventors: Stanford L Adler; John Campisi; Koon-Wah Leong
Original assignee: Miles Inc
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1988-12-12
Filing date: 1989-12-11
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: EP0373863A2; DK622689A; DK622689D0; ES2045473T3; EP0373863B1; AU616058B2; IL91388A0; AU4269789A; US5106758A; EP0373863A3; DE68909568D1; JPH02190762A

Description

Die Erfindung betrifft ein analytisches Testgerät zur qualitativen und bzw. oder quantitativen Bestimmung eines zu analysierenden Bestandteils in einer flüssigen Testprobe. Das Gerät eignet sich insbesondere zur Durchführung einer chemischen Trockenanalyse wäßriger Fluide, d.h. für Analysen, die unter Verwendung van chemischen Reagenzien durchgeführt werden, die in sogenannten "dry-to-the-touch-Geräten" enthalten sind.
Eine steigende große Anzahl von analytischen Tests, Verfahren und Analysen, d.h. Bestimmungen, wird täglich mit vielen Arten flüssiger Proben, einschließlich wäßriger biologischer Flüssigkeiten, wie Blut, Serum, Urin, Cerebrospinalflüssigkeit und dergleichen, durchgeführt. Zur Durchführung derartiger Analysen sind verschiedene Methoden entwickelt worden, wie diejenigen, die auf dem Fachgebiet als Chemische Trockenanalyseverfahren bekannt sind.
Ein weitverbreitetes chemisches Trockenanalyseelement, das sich sehr leicht an eine Verwendung in automatisierten Analysesystemen für Flüssigkeitsproben anpassen läßt, ist das Mehrschichtentestelement. Herkömmliche Mehrschichten- Analyseverfahren beruhen auf der Folientechnologie, wobei Reagenzien auf eine durchsichtige Folie aufgebracht werden, die auf einem Stapel gehaltert wird. Derartige gut bekannte Mehrschichtengeräte können aus einer oder mehreren Ausbreitungsschichten, Umsetzungsschichten, Abtrennungsschichten und Erfassungsschichten bestehen, die übereinandergelagert sind, und zwar je nach dem zu bestimmenden Bestandteil und dem angewandten Analyseverfahren. Diese analytischen Mehrschichtenelemente werden typischerweise für den bestimmten durchzufuhrenden Test einzeln entwickelt. D.h., daß es keinen allgemeinem Aufbau gibt, den man für ein derartiges analytisches Element heranziehen könnte, und die Anzahl von unterschiedlichen zu bestimmenden Bestandteilen, die unter Verwendung eines Mehrschichtenelements von einem bestimmten Aufbau erfaßt werden können, ist begrenzt.
Im allgemeinen wird zur Durchführung eines Tests unter Verwendung eines typischen Mehrschichtentestelements eine Probe von Körperflüssigkeit auf eine Ausbreitungsschicht aufgebracht, um eine gleichmäßige Verteilung der Probe auf eine darunterliegende Umsetzungsschicht sicherzustellen, die eine Reagenzkomponente enthalten kann. Diese flüssige Probe und das erste Reagenzgemisch gelangen dann zu einer zweiten darunterliegenden Schicht zur Umsetzung mit weiteren Reagenzkomponenten. Da die reagenzhaltigen Schichten miteinander in Berührung stehen können, besteht die Gefahr einer Wanderung ihrer entsprechenden Reagenzkomponenten jeweils zu der anderen Schicht und daher die Gefahr einer unbeabsichtigten Verunreinigung. Im allgemeinen erlauben die derart aufgebauten Geräte nicht die Durchführung eines Betriebes mit aufeinanderfolgenden Reaktionsschritten. Die Flüssigkeitsprobe und das Gemisch aus Flüssigkeitsprobe und Reagenz fließen von einer Schicht zur nächsten, es sei denn, daß zwischen ihnen eine besondere Zeitsteuerungsschicht angeordnet wird. Die Zeitsteuerungsschicht hält die Flüssigkeit in der oberen Schicht über eine bestimmte Zeitdauer zurück, bis die Umsetzung im wesentlichen vollständig ist, und entläßt das erhaltene Reaktionsprodukt anschließend, damit es in die darunterliegende Schicht diffundieren kann.
Daß es wünschenswert ist, die reagenzhaltigen Schichten im Abstand voneinander zu halten, um eine Verunreinigung auf ein Minimum herabzusetzen und um eine Steuerungsmöglichkeit über den Zeitablauf der Testfolge zu schaffen, ist von der Fachwelt erkannt worden. Mehrschichten-Analysengeräte wurden geschaffen, bei denen eine flüssige Testprobe mit einem Reagenz in einer ersten Reagenzschicht in Berührung tritt, wobei diese Schicht dazu geeignet ist, danach in Berührung mit einer zweiten Schicht gebracht zu werden, indem man die erste und zweite Schicht in Flüssigkeitskontakt miteinander bringt, wenn ein bestimmtes Stadium in der Umsetzung erzielt worden ist. Beispiele sind in den USA-Patentschriften 4 238 001 und 4 357 363 (Eastman Kodak company) dargestellt. Bei einer Ausführungsform enthält das analytische Element zwei Schichten oder Zonen auf einem Träger. Die Zonen sind anfangs durch eine Abstandshaltereinrichtung voneinander getrennt gehalten. Unter Einsatzbedingungen werden diese Zonen miteinander in Berührung gebracht, beispielsweise durch Anwendung geeigneter Kompressionskräfte auf die obere Zone, was dazu führt, daß die durch Druck deformierbare Abstandshaltereinrichtung deformiert und die obere Zone in Flüssigkeitskontakt mit der unteren Zone gebracht wird. Es gibt jedoch keinen Hinweis in einer der beiden Schriften darauf, ob die Zonen in Flüssigkeitskontakt gebracht werden, nachdem die Reaktionsabfolge vollständig ist, wenngleich die Ausdrucksweise in den entsprechenden Druckschriften darauf hindeutet, daß ein Flüssigkeitskontakt zwischen den Zonen im wesentlichen zum Zeitpunkt des Aufbringens der Probe erfolgt.
Die Notwendigkeit, die aufeinanderfolgende Wechselwirkung zwischen Testprobe und verschiedenen Reagenzien zu steuern, ist zwar bereits bei einigen chemischen Tests wichtig, jedoch notwendig, wenn man immunchemische Analysen betrachtet, bei denen Antikörper, Enzyme und Substrate in den Reagenzien während der Aufbewahrung voneinander getrennt gehalten und zum richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Reihenfolge in die Probe oder das Reaktionsgemisch eingeführt werden müssen.
Zwar sind schon verschiedene Vorschläge hinsichtlich Mehrschichten-Analysenelemente für chemische Umsetzungen gemacht worden, jedoch lediglich einige wenige neuere Vorschläge hinsichtlich derartiger Mehrschichten-Analysenfolien, in denen Reagenzien für immunologische Reaktionen enthalten sind (siehe beispielsweise USA-Patentschrift 4 587 102 und die darin aufgeführten Schriften). Wenn man versucht, immunologische Reaktionstechniken auf herkömmliche Mehrschichten-Analysenfolien anzuwenden, ist es zufolge der mit immunologischen Analysen einhergehenden Probleme schwierig, zufriedenstellende Analysenergebnisse zu erzielen.
In der genannten USA-Patentschrift 4 587 102 ist ein Mehrschichten-Trockenanalysenelement zur Bestimmung einer Konzentration einer spezifischen Komponente unter Anwendung einer kompetitiven immunologischen Reaktion beschrieben. Das Analysenelement enthält ein Erfassungselement mit einer Erfassungsschicht, die einen markierten Komplex erhalten hat, der als Ergebnis der kompetitiven immunologischen Reaktion gebildet worden ist, und liefert einen optisch erfaßbaren Wechsel in Abhängigkeit von einer Menge des markierten Komplexes der spezifischen Komponente. Auf der Erfassungsschicht ist außerdem eine Reaktionsschicht vorgesehen, die ein faserförmiges, poröses, Feinteilchen enthaltendes Medium umfaßt. Während diese Vorrichtung den mit immunchemischen Analysen unter Verwendung von Mehrschichten-Analysenelementen einhergehenden Schwierigkeiten begegnen soll, stellt sie doch eine verhältnismäßig komplizierte Vorrichtung dar, die viele unterschiedliche Bestandteile erfordert und sich lediglich für eine begrenzte Anzahl unterschiedlicher Testabläufe verwenden läßt.
Aus der USA-Patentschrift 4 717 656 ist ein Gerät zur chemischen Analyse bekannt, das im wesentlichen aus einer Reihe miteinander verbundener Abschnitte besteht, worin eine zu analysierende Probe mit Reagenzien in Kontakt gebracht wird, die mit der Probe unter Bildung einer erfaßbaren Substanz reagieren, die ihrerseits zur qualitativen oder quantitativen Bestimmung erfaßt wird. Im wesentlichen besteht das Gerät aus einer Testpackung zur Durchführung einer Analyse, wobei sämtliche chemisch aktiven Teile, die zur Durchführung der Analyse erforderlich sind, in das Gerät eingebaut sind. Diese chemisch aktiven Teile sind in einer derartigen Weise angeordnet oder montiert, daß sie mit der Probe und miteinander mit Hilfe eines einfachen Faltsystems verbunden werden. Während dieses Gerät die zeitlich gesteuerte, aufeinanderfolgende Durchführung des Assays gestattet, machen die bei diesem Gerät erforderlichen physikalischen Manipulationen der unterschiedlichen Abschnitte es für ein automatisiertes Analysensystem völlig ungeeignet.
Aus der USA-Patentschrift 4 288 228 sind eine Gesamtblutanalyse sowie eine Diffusionsvorrichtung dafür bekannt. Bei einer Ausführungsform wird durch eine sorgfältig gesteuerte gegenseitige Diffusion zwischen den porösen Medien über einen Molekulardiffusionsschalter eine genaue aliquote Menge erhalten. Der Molekulardiffusionsschalter bewirkt die zeitlich genau gesteuerte Diffusion von Substanzen von einem Medium zum andern, so daß eine (aliquote) Menge an Material genau überführt werden kann. Der Molekularschalter besteht aus einer undurchlässigen Schicht, die zwischen zwei porösen Medien als Barriere oder Isoliermittel wirkt. Vorzugsweise ist diese undurchlässige Schicht ein nicht mischbares Fluid (beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit), das sich aus dem Zwischenraum zwischen den porösen Medien leicht entfernen und danach wieder leicht dazwischen einbringen läßt. Wenngleich dieses Gerät eine zeitlich gesteuerte Umsetzung gestattet, läßt es sich nicht leicht zur Verwendung in einem automatisierten klinischen Analysegerät anpassen.
Wir haben nun ein neues analytisches Gerät für die chemische Trockenanalyse geschaffen, bei dem die Reagenzien voneinander getrennt gehalten werden können, bis der Verwender sie miteinander vermischen möchte, und das einen einfachen, nicht kostspieligen Aufbau besitzt und dennoch verläßlich ist.
In einem Aspekt besteht die Erfindung in einem Analysegerät zur qualitativen und bzw. oder quantitativen Bestimmung eines zu bestimmenden Bestandteils in einer flüssigen Testprobe, wobei das Analysegerät umfaßt:
a) eine Grundplatte;
b) ein poröses Teil, das von der Grundplatte aufgenommen ist;
c) mindestens eine auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz, die über das poröse Teil verteilt ist und eine erfaßtbare Reaktion auf die Anwesenheit und bzw. oder Konzentration des zu analysierenden Bestandteils liefert;
d) eine Reaktionskomponente;
e) eine Abdeckung, die mit der Grundplatte einstückig ausgebildet ist;
f) eine Reaktionsmulde in der Abdeckung zum Aufbewahren der Reaktionskomponente und zur Aufnahme der flüssigen Testprobe, wodurch die flüssige Testprobe und die Reaktionskomponente ein flüssiges Reaktionsgemisch innerhalb der Reaktionsmulde bilden können;
g) Durchtrittsmittel in der Reaktionsmulde zum Hindurchtretenlassen des Reaktionsgemisches, die im Abstand von dem porösen Teil angeordnet und für den Durchtritt des Reaktionsgemisches geschlossen sind, jedoch selektiv in Richtung auf das poröse beil bewegbar sind, um den Durchtritt zu öffnen und dem Reaktionsgemisch den Durchfluß zu dem porösen Teil zu ermöglichen, wodurch die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz in dem porösen Teil eine erfaßbare Reaktion auf den zu analysierenden Bestandteil in dem flüssigen Reaktionsgemisch zeigen kann; und
h) eine in der Grundplatte vorgesehene Sichtöffnung zum Sichtbarmachen des porösen Teils für die Beobachtung jeglicher erfaßbaren Reaktion der auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz darauf.
Die Erfindung schließt außerdem ein Verfahren zur qualitativen und bzw. oder quantitativen Bestimmung eines zu analysierenden Bestandteils in einer flüssigen Testprobe mit den folgenden Stufen ein:
a) Einbringen einer aliquoten Menge der flüssigen Testprobe in die Reaktionsmulde eines Analysengerätes gemäß der Erfindung;
b) Ermöglichen der Bildung eines flüssigen Reaktionsgemisches in der Mulde durch den aliquoten Teil der flüssigen Testprobe und die Reaktionskomponente;
c) Verschiebung der Durchtrittsmittel in Richtung auf das poröse Teil zum wirksamen Öffnen des Durchtritts und Ermöglichung des Durchflusses des Reaktionsgemisches zu dem porösen Teil, wodurch die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz eine erfaßbare Reaktion auf den in dem flüssigen Reaktionsgemisch vorhandenen zu analysierenden Bestandteil zeigen kann;
d) Erfassen und bzw. oder Messen der erfaßbaren Reaktion, die durch die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz erzeugt worden ist; und gewünschtenfalls
2) Vergleichen der erfaßbaren Reaktion, die durch die Testprobe erzeugt worden ist, mit den erfaßbaren Reaktionen, die von einer Reihe von Standardzusammensetzungen erzeugt worden sind, die bekannte langen an dem zu analysierenden Bestandteil enthalten.
Bei dem Analysengerät gemäß der Erfindung trägt die Grundplatte ein reagenznaltiges Mittel, das ein poröses Teil ist, in dem vorzugsweise mindestens eine auf den zu bestimmenden Bestandteil reagierende Substanz im trockenen Zustand dispergiert ist. Diese Substanz ist dazu bestimmt, eine erfaßbare Reaktion auf die Anwensenheit und bzw. oder Konzentration des bestimmten zu analysierenden Bestandteils in der Testprobe zu liefern.
Einstückig mit der Grundplatte ist eine Abdeckung oder ein Trägerteil ausgebildet, das zum Aufbewahren einer Reaktionskomponente geeignetgemacht worden ist. Diese Reaktionskomponente kann eine Substanz enthalten, die die Probe physikalisch verändert, wie beispielsweise ein cytolytisches Agens, um einen zu bestimmenden Bestandteil freizusetzen, oder sie kann eine Reagenzkomponente sein, die auf den zu analysierenden Bestandteil unter Ausbildung eines Reaktionsproduktes reagiert, das eine erfaßbare Reaktion erzeugt, wenn es mit mindestens einer auf den zu analysierenden Bestandteil reagierenden Substanz in dem porösen Teil in Beruhrung kommt. Die Reaktionskomponente, die vorzugsweise im trockenen Zustand vorliegt, wird in einer Reaktionsmulde in der Abdeckung festgehalten, die dazu geeignet ist, die flüssige Testprobe, die auf das analytische Gerät aufgebracht worden ist, aufzunehmen, wodurch die flüssige Testprobe und die trockene Reaktionskomponente unter Ausbildung eines flüssigen Reaktionsgemisches innerhalb der Reaktionsmulde miteinander vermischt werden.
Die Reaktionsmulde umfaßt ein Durchtrittsmittel zum selektiven Hindurchführen des Reaktionsgemisches. Dieses Durchtrittsmittel ist normalerweise von dem porösen Teil im Abstand angeordnet und für die Überführung des flüssigen Reaktionsgemisches, das in der Reaktionsmulde gehalten wird, wirksam geschlossen, und es ist selektiv in Richtung auf das poröse Teil bewegbar, um eine Öffnung zu bewirken und den Durchtritt des Reaktionsgemisches zu dem porösen Teil zu gestatten, wodurch die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz eine erfaßbare Reaktion auf den zu analysierenden Bestandteil, der in dem flüssigen Reaktionsgemisch vorhanden ist, zeigen kann.
Das Mischmittel kann aus mindestens einer Öffnung in der Reaktionsmulde bestehen, wobei das Durchtrittsmittel und die Reagenzmulde derartige Abmessungen besitzen, daß die Oberflächenspannung des flüssigen Reaktionsgemisches mit den Wänden der Öffnung und der Reaktionsmulde das in der Reaktionsmulde festgehaltene Reaktionsgemisch daran hindert, durch das Durchtrittsmittel hindurch und zu dem porösen Teil hin zu fließen. Wenn das Durchtrittsmittel mit dem porösen Teil in Eingriff gebracht wird, wird das flüssige Reaktionsgemisch, das innerhalb der Reaktionsmulde durch die Oberflächenspannung gehalten wird, durch Kapillaranziehung durch den Durchtritt hindurchgezogen.
In einer anderen Anordnung umfaßt das Durchtrittsmittel eine Quer- oder Bodenwand in der Reaktionsmulde, die eine oder mehrere Öffnungen enthält, die normalerweise im wesentlichen geschlossen sind. Wenn das Durchtrittsmittel in Eingriff mit dem Porösen Teil gebracht wird, öffnen sich die Öffnungen in der Querwand, um den Durchfluß der in der Reaktionsmulde festgehaltenen Flüssigkeit in das Durchtrittsmittel zu ermöglichen. Die Öffnungen können gebogene oder radiale Schlitze in der Querwand sein.
Die Grundplatte ist vorzugsweise mit einer geeigneten Sichtöffnung ausgestattet, um die Verfolgung der als Ergebnis der Einwirkung der mindestens einen auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechenden Substanz auf den zu analysierenden Bestandteil in der Testprobe erzeugten erfaßbaren Reaktion zu gestatten. Eine derartige erfaßbare Reaktion kann mit Hilfe einer geeigneten photometrischen oder kolorimetrischen Vorrichtung erfaßt werden.
Durch Messen der erfaßbaren Reaktion, die durch die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz erzeugt worden ist, und Vergleichen der so erhaltenen erfaßbaren Reaktion mit der erfaßbaren Reaktion, die erhalten wird, wenn die Analyse mit einer Reihe von Standardzusammensetzungen mit einem bekannten Gehalt an dem zu analysierenden Bestandteil durchgeführt wird, kann die qualitative und quantitative Bestimmung des zu analysierenden Bestandteils in der Testprobe durchgeführt werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden verschiedene Ausführungsformen beispielshalber mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin bedeuten:
F I G . 1 eine von zwei senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen (von oben und von der Seite) ausgehende Ansicht einer Ausführungsform des Gerätes gemäß der Erfindung;
F I G . 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in FIG. 1;
F I G . 3, 4 und 5 Querschnitte ähnlich FIG. 2, die Stadien bei der Durchführung eines Tests unter Verwendung des analytischen Geräts gemäß FIG. 2 zeigen;
F I G . 6 einen Querschnitt einer verschlossenen Packung, die ein analytisches Gerät gemäß den FIG. 1 bis 5 enthält;
F I G . 7 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform eines analytischen Gerätes gemäß der Erfindung;
F I G . 8 und 9 Querschnitte längs der Linie 8-8 von FIG. 7, die verschiedene Stadien bei der Durchführung eines Tests unter Verwendung des analytischen Geräts gemäß FIG. 7 zeigen;
F I G . 10 eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform eines analytischen Gerätes gemäß der Erfindung;
F I G . 11 und 12 Querschnitte längs der Linien 11-11 von FIG. 10, die verschiedene Stadien bei der Durchführung eines Tests unter Verwendung des analytischen Gerätes gemäß FIG. 10 zeigen;
F I G . 13 einen vergrößerten Querschnitt durch einen Teil des Geräts gemäß FIG. 10;
F I G . 14A und 14B Draufsichten einer vierten und einer fünften Ausführungsform des analytischen Gerätes gemäß der Erfindung und
F I G . 15 ein Streuungsdiagramm für die Korrelation zwischen den Assay-Ergebnissen für die Konzentration von Theophyllin in einer Lösung, wie sie in einem Test unter Verwendung eines analytischen Geräts, das gemäß der Erfindung hergestellt worden ist, erhalten wurden, einerseits und einem Assay gemäß der Latex-Trübungsmessungs-Methode von Technicon andererseits, wie weiter unten im Beispiel 1 beschrieben.
In FIG. 1 der Zeichnungen ist ein analytisches Gerät 10 dargestellt, das gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist, damit es zwei Substanzen oder Reagenzien zu Anfang getrennt voneinander enthalten und danach diese Substanzen entweder nacheinander oder gleichzeitig in Gegenwart einer flüssigen Testprobe zur Durchführung eines Assays in flüssigen Kontakt miteinander bringen kann Die vorliegende Erfindung eignet sich für die Analyse, und zwar für die quantitative und qualitative Bestimmung eines zu analysierenden Bestandteils in einer Testprobe, wobei die zu analysierende Probe mit einem Reagenz oder Reagenzien in Berührung gebracht wird, das bzw. die auf die Anwesenheit und Konzentration eines zu analysierenden Bestandteils in der Probe unter Erzeugung einer erfaßbaren Reaktion anspricht bzw. ansprechen. Unter "erfaßbare Reaktion" wird eine erfaßbare Änderung verstanden, die unmittelbar oder mittelbar auf die Anwensenheit und bzw. oder Konzentration des zu analysierenden Bestandteils schließen läßt.
Sofern nicht anders angegeben, sind sämtliche Bestandteile der analytischen Geräte vorzugsweise aus einem dauerhaften, nachgiebigen Kunststoffmaterial, wie Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol, Polyester oder Cellulose-Polymerisaten und -Mischpolymerisaten und dergleichen, hergestellt. Die Kunststoffbestandteile können aus Folienmaterialien unter Hitzeeinwirkung gebildet worden sein, wenngleich andere Herstellungsverfahren, die bei der Kunststoffverformung bekannt sind, angewandt werden können.
Gemäß FIG. 2 umfaßt das analytische Gerät 10 eine Grundplatte 12 von geeigneter äußerer Gestalt, einschließlich kreisförmiger oder vieleckiger Gestalt, die mit einer Ausnehmung 14 zur Aufnahme eines engsitzenden porösen Teils 16 versehen ist. Die obere Oberfläche 16a des porösen Teils kann unterhalb der oberen Oberfläche 12a der Grundplatte 12 angeordnet sein, wenn das poröse Teil innerhalb der Ausnehmung angeordnet ist, so daß ein Bordrand gebildet wird, der dazu dient, das Überlaufen von Flüssigkeit, die auf dem porösen Teil steht, in das Innere des analytischen Gerätes zu verhindern. Es versteht sich, daß die Ausnehmung 14 und das poröse Teil 16 eine äußere Gestalt haben können, die derjenigen der Grundplatte 12 entspricht. Kleine, nicht dargestellte Vorsprünge oder Vertiefungen können an dem Umfang der Ausnehmung 14 vorgesehen sein, um das poröse Teil 16 darin festzuhalten. Die Grundplatte 12 muß hinreichend dick sein, daß sie als Träger für das poröse Teil 16 dienen kann. Beispielsweise kann die Grundplatte 12 eine Materialdicke von etwa 0,020 Zoll (0,31 mm) aufweisen, ohne daß dies eine Begrenzung darstellen soll.
Das poröse Teil 16 kann unterschiedliche Gestalt besitzen und aus verschiedenen unterschiedlichen Materialien bestehen,wie beispielsweise Papier, gewebten und nichtgewebten Textilien, porösen keramischen Materialien, porösem Polyethylen und anderen geschäumten Kunststoffen. Das Material des porösen Teils 16 kann aus einem offenzelligen Schaumstoff bestehen und ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein offenzelliger vernetzter Schaumstoff mit einer verbindenden Gitterstruktur. Dieses Material kann eine dreidimensionale, vernetzte Zellstruktur aufweisen, die etwa 95% Leervolumen aufweist, wobei etwa 50 Zellen je Quadratzoll (7,75 Zellen je cm²) vorhanden sind. Dieses Material besitzt sehr geeignete physikalische Eigenschaften einschließlich einem sehr großem Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und einem großen Festhaltevolumen für Flüssigkeiten; außerdem kann es hydrophil gemacht werden. Die Gitterstruktur stellt die gleichmäßige Verteilung einer Lösung über das gesamte Volumen des porösen Teils sicher. Außerdem ist das Material zu mindest 90% in dünner Schicht von etwa einem Achtel Zoll (3,2 mm) Dicke für sichtbares Licht durchlässig. Wie in den weiter unten aufgeführten Versuchen beschrieben, ist ein geeignetes poröses Material ein Polymerisat, das von Porex Technologies von Fairburn, GA, erhältlich ist und eine mittlere Porengröße von 35 bis 50 um aufweist.
Die Grundplatte 12 umfaßt eine Abdeckung 18, die mit der Grundplatte 12 zusammenwirkt. Die Abdeckung 18 besitzt eine derjenigen der Grundplatte 12 entsprechende Form und kann mit einem peripheren Flansch 20 versehen sein, der an den peripheren Flansch 22 der Grundplatte 12 geklebt, mittels Ultraschall angeschweißt oder an ihm auf andere Weise befestigt sein kann. Um die gewünschte Biegsamkeit zu erzielen, deren Wichtigkeit weiter unten beschrieben werden wird, ist die Abdeckung 18 vorzugsweise aus einem verhältnismäßig dünnen Material, beispielsweise aus einer PVC-Folie von 0,010 Zoll (0,25 mm) Dicke ausgebildet. Zur Erzielung zusätzlicher Biegsamkeit kann die Abdeckung mit einer Reihe von Wellungen 24 versehen sein, damit eine radiale Ausdehnung ermöglicht wird, die zur Verschiebung des mittigen Abschnittes 26 der Abdeckung 18 in Richtung auf das poröse Teil 16 benötigt wird.
Eine mögliche Verwendung eines analytischen Gerätes 10 besteht in seinem Einsatz bei automatisierten klinischen Analysengeräten, und die Grundplatte 12 und die Abdeckung 18 können so konturiert sein, daß es ermöglicht wird, einzelne Geräte innerhalb des Lademagazins eines derartigen Instruments aufeinanderzustapeln sowie jedes Gerät daraus zu entnehmen.
Der mittige Abschnitt der Abdeckung 18 ist mit einer Reaktionsmulde 28 sowie Durchtrittsmitteln 30 versehen, die derart aufgebaut sind, daß sie Flüssigkeit, die in der Reaktionsmulde 28 enthalten ist, selektiv durch das Durchtrittmittel 30 in das poröse Teil 16 entlassen können, wie weiter unten beschrieben werden wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Reaktionsmulde 28 eine mittige Vertiefung oder ein Trichter 32 in dem mittigen Abschnitt 26 der Abdeckung 18, die ein Aufbewahrungsmittel für eine trockene Substanz oder Reaktionskomponente 34 darstellt. Wie oben erwahnt, ist ein Durchtrittsmittel in Form einer Öffnung 36 in der Reaktionsmulde 28 vorgesehen, um die selektive Überführung einer Flüssigkeit innerhalb der Reaktionsmulde in das poröse Teil 16 zu ermöglichen. Bei dieser Ausführungsform ist die Öffnung 36 derart dimensioniert, daß die Oberflächenspannung zwischen der Flüssigkeit in der Reaktionsmulde und den Wänden der Reaktionsmulde normalerweise die Bewegung einer Flüssigkeit durch sie hindurch verhindert. Beispielsweise kann die Öffnung einen maximalen Durchmesser von 0,046 Zoll (1,17 mm) aufweisen.
Die Abdeckung 18 kann beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff bestehen, der normalerweise hydrophob ist. Es ist jedoch sehr bevorzugt, einen Kunststoff zu verwenden, der hydrophil ist, d.h. der Kunststoff muß entsprechend formuliert oder nach der Formulierung mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelt sein, um ihn hydrophil zu machen, da seine hydrophile Eigenschaft dazu beiträgt, die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit in der Reaktionsmulde zu gewährleisten.
Außerdem muß die Oberflächenenergie des Materials, aus dem die Abdeckung hergestellt ist, derart sein, daß im Vergleich zu der Oberflächenspannung der Flüssigkeit die resultierende Nettokraft bewirkt, daß die Flüssigkeit in der Reaktionsmulde zurückgehalten und daran gehindert wird, durch die Öffnung hindurchzulaufen. Diese Kraft darf jedoch die Kapillaranziehungskraft, die erzeugt wird, wenn die Flüssigkeit in Berührung mit dem porösen Teil 16 kommt, nicht übersteigen, so daß etwa die unerwünschte Wirkung entstünde, daß der Durchgang der Flüssigkeit in das poröse Teil hinein gehindert würde.
Eine auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz 38, die eine erfaßbare Reaktion auf die Anwesenheit und bzw. oder Konzentration des zu analysierenden Bestandteils in der Testprobe zeigt, ist durch das gesamte poröse Teil hindurch dispergiert. Es versteht sich, daß die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz ein Gemisch aus zwei oder mehr Substanzen sein kann, die gemeinsam eine Reagenzkomponente für den durchzuführenden Assay bilden. Vorzugsweise wird diese auf den au analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz 38 innerhalb der Hohlräume der Gitterstruktur des porösen Teils 16 getrocknet. Beispielsweise können etwa 35 ul (fünfunddreißig Mikroliter) einer Lösung der auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechenden Substanz auf das poröse Teil aufgebracht werden. Zufolge des beträchtlichen Leervolumens innerhalb des porösen Teils dispergiert die flüssige, auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz leicht aufgrund der Kapillarwirkung zufolge der vernetzenden Gitterstruktur leicht durch das poröse Teil hindurch. Das poröse Teil kann anschließend der Lyophilisierung unterworfen werden, um die Flüssigkeit daraus zu verdampfen, was zu der Bildung eines sehr dünnen Überzuges der trockenen, auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechenden Substanz auf den Innenflächen des porösen Teils führt. Der dünne Überzug ist derart, daß er weniger als 10% des Leervolumens des porösen Teils ausfüllt. Die flüssige, auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz kann auf das poröse Teil aufgebracht und aus ihm verdampft werden, bevor oder nachdem dieses in die Ausnehmung der Grundplatte eingesetzt worden ist.
Eine zweite Substanz oder Reaktionskomponente 34, die mit der Testprobe reagieren soll, bevor der zu analysierende Bestandteil in Berührung mit der auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechenden Substanz gelangt, kann in der Abdeckung 18 vorgesehen sein. Auf diese Weise kann eine wäßrige Lösung der Substanz in die Reaktionsmulde 28 eingebracht werden, jedoch fließt diese zufolge der Oberflächenspannung zwischen der Flüssigkeit und den Wänden der Reaktionsmulde, wie oben erwähnt, nicht durch die Öffnung 36 hindurch. Die Flüssigkeit wird danach verdampft, beispielsweise durch Lyophilisieren, wobei ein trockener Überzug auf der Reaktionsmulde gebildet wird.
Gewünschtenfalls kann das analytische Gerät 10 innerhalb einer Packung 38, wie in FIG. 6 dargestellt, eingeschlossen sein, bis das Gerät verwendet werden soll, um die Unversehrtheit der Reaktionskomponente und des auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechenden Reagenzes aufrecht zu erhalten. Die Packung 38 kann in Form von Metall- oder Kunststoffolien 40, 42 vorgesehen sein, die an ihrem Umfang miteinander dichtschließend verbunden sind.
Der Betriebsablauf bei der Durchführung eines Assays unter Verwendung des analytischen Geräts 10 ist in den FIG. 3 bis 5 erläutert. Ein aliquoter Teil 44 einer Testprobe (gestrichelt dargestellt) wird gemäß FIG. 3 in die Reaktionsmulde 28 eingebracht. Das Gerät gemäß der Erfindung eignet sich zur Analyse von verhältnismäßig kleinvolumigen Testproben, beispielsweise von 10 bis 50u. Der Tropfen der Testprobe kann aus der Spitze einer Pipette 46 heraustropfen gelassen werden, in die die Probe zuvor als Teil einer Analysenfolge, die beispielsweise von einem automatisierten klinischen Analysengerät durchgeführt worden ist, angesaugt worden sein. Es versteht sich, daß derartige automatisierte Analysensysteme allgemein bekannt sind und nicht Teil der Erfindung darstellen. Im allgemeinen sind derartige automatisierte Analysengeräte dafür eingerichtet, ein charakteristisches Merkmal einer Fluidprobe zu messen, die in das Analysengerät eingebracht worden ist, und können ein Zufuhrmittel, ein Einmeßmittel zum Einbringen einer vorherbestimmten Menge der Probe in das Gerät, ein Inkubationsmittel, ein Überführungsmittel zum Transportieren des analytischen Gerätes aus dem Inkubationsmittel sowie eine Ablesestation umfassen, in der die charakteristische Eigenschaft gemessen werden kann. Derartige Analysengeräte sind beispielsweise in den USA-Patentschriften 4 293 069, 4 296 070, 4 512 952 und 4 568 517 (Eastman Kodak Company) beschrieben. Alternativ kann der aliquote Teil 44 der Testprobe manuell auf das Gerät pipettiert werden. Die flüssige Testprobe 44 vermischt sich mit der getrockneten Reaktionskomponente 34, rekonstituiert diese und bildet so ein Gemisch 48 aus flüssiger Testprobe und Reaktionskomponente (FIG. 4).
Das auf diese Weise gebildete Reaktionsgemisch 48 fließt unter dem Einfluß von Schwerkraft und Kapillarwirkung unter Ausbildung eines Meniskus 50 in die Öffnung 36. Die Oberflächenspannung des flüssigen Reaktionsgemisches 48 und der Wände von Reaktionsmulde 28 und Öffnung 36 hindern das Reaktionsgemisch 48 daran, durch die Öffnung 36 auf das poröse Teil 16 zu fließen.
Nach einem geeigneten Zeitraum, der ausreicht, um die erwünschte spezifische Wechselwirkung zwischen der Testprobe 44 und der Reaktionskomponente 34 praktisch vollständig ablaufen zu lassen, wird auf die Abdeckung 18 manuell oder mechanisch Druck ausgeübt, vorzugsweise innerhalb der umlaufenden Wellung 24, um die Reaktionsmulde 28 in die in FIG. 5 dargestellte Überführungsstellung zu bewegen. Diese Bewegung ist zufolge der der Abdeckung 18 innewohnenden Biegsamkeit sowie deren durch die Wellungen 24 hervorgerufene Verstärkung möglich. In dieser Überführungsstellung berührt der umlaufende Rand 52 der Öffnung 36 das poröse Teil 16, und der Flüssigkeitsmeniskus 50 kommt mit dem porösen Teil 16 in Berührung. Das Reaktionsgemisch 48 fließt danach durch die Öffnung 36 in die hydrophile, offene Struktur des porösen Teils. Das flüssige Reaktionsgemisch 48 wird auf diese Weise durch das poröse Teil 16 absorbiert und über dieses hinweg verteilt, worauf der zu analysierende Bestandteil in der Testprobe mit der auf dem zu analysierenden Bestandteil ansprechenden Substanz, die darin dispergiert ist, reagiert und aufgrunddessen eine erfaßbare Reaktion erzeugt wird, die die Anwensenheit und Konzentration des zu analysierenden Bestandteils in der Testprobe anzeigt.
Die Grundplatte 12 ist vorzugsweise mit einer geeigneten Sichtöffnung versehen, durch die die erfaßbare Reaktion in dem porösen Teil 16 beobachtet werden kann.
Eine weitere Ausführung eines analytischen Geräts gemäß der Erfindung ist in den FIG. 7, 8 und 9 dargestellt. Sie ähnelt in vieler Hinsicht derjenigen, die in den FIG. 1 bis 5 dargestellt ist, und gleiche Bezugszahlen bezeichnen analoge Teile. In den FIG. 7 bis 9 ist die Reaktionsmulde eine ringförmige Vertiefung 56 in der Abdeckung 18, die von einer allgemein aufrecht stehenden kreisförmigen Wand 58 gebildet wird. Ein in der Mitte angeordneter domartiger Vorsprung 60 ist mit der Wand 58 durch eine Anzahl von Stegen 62, die über den Umfang verteilt im Abstand voneinander angeordnet sind und zwischen sich Öffnungen 64 freilassen, verbunden. Vorzugsweise liegt der Oberteil des domartigen Vorsprungs 60 unterhalb der oberen Oberfläche der Abdeckung 18, so daß die Geräte in einem Magazin oder in einer Kassette übereinander gestapelt werden können, ohne daß der Boden des einen Geräts den Vorsprung auf dem Gerät, auf dem er ruht, berührt. Die Öffnungen 64 wirken in der gleichen Weise wie Öffnung 36 und sind derart bemessen, daß die Oberflächenspannung der in der Reaktionsmulde enthaltenen oder festgehaltenen Flüssigkeit normalerweise die Flüssigkeit daran hindert, durch sie hindurchzutreten.
Das analytische Gerät 10 gemäß FIG. 7, 8 und 9 wird in im wesentlichen der gleichen Weise hergestellt und verwendet, wie im Hinblick auf das in den FIG. 1 bis 5 dargestellte Gerät erläutert. Mindestens eine trockene, auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz 66 ist innerhalb des porösen Teils 16 enthalten. Eine Reaktionskomponente 68 ist in der Reaktionsmulde 28 enthalten. Um einen Assay durchzuführen, bringt man einen aliquoten Teil der Testlösung 44 in die Reaktionsmulde 28 ein, vorzugsweise unmittelbar über dem domartigen Vorsprung 60, so daß dieser dazu dient, die Testprobe gleichmäßig über die Reaktionsmulde zu verteilen, so daß sie die in der Reaktionsmulde enthaltene Reaktionskomponente 68 rekonstituiert und sich mit ihr vermischt. Das auf diese Weise gebildete flüssige Reaktionsgemisch wird in der Reaktionsmulde festgehelten und bildet einen Meniskus 70. Auf den mittleren Bereich 72, der die Reagenzmulde unmittelbar umgibt, kann dann mechanisch oder manuell Druck ausgeübt werden, um die Stege 62 und die Öffnungen 64 mit dem porösen Teil 16 in Berührung zu bringen, wie in FIG. 9 dargestellt. Wie bei der oben erläuterten Ausführungsform wird die Dicke des die Abdeckung 18 bildenden Materials derart gewählt, daß die erforderliche Biegsamkeit erhalten wird, die eine derartige Abwärtsbewegung ermöglicht. Die Biegsamkeit kann auch an den Schultern 72a erzeugt werden. Der flüssige Meniskus 70 in jeder Öffnung 62 berührt dadurch das poröse Teil 16, so daß das flüssige Reaktionsgemisch innerhalb der Reaktionsmulde in das poröse Teil 16 hineinfließt. Alternativ kann der Druck unmittelbar auf den domartigen Vorsprung 60 ausgeübt werden, jedoch ist dies im Falle von automatisierten klinischen Analysengeräten nicht zweckmäßig, weil die Möglichkeit besteht, daß eine Übertragung von Reaktionsgemisch stattfindet, die dadurch verursacht wird, daß der Druckausübemechanismus mit aufeinanderfolgenden Reaktionsgemischen aufeinanderfolgender analytischer Geräte in Berührung kommt, wenn die abwärtsgerichtete Kraft auf die Vorsprünge ausgeübt wird.
Es versteht sich, daß die Abwärtsbewegung des Vorsprungs 60 durch die dem Material, das die Abdeckung 18 und die Stege 62 bildet, innewohnende Biegsamkeit erleichtert wird.
Analytische Geräte gemäß der Erfindung können in automatisierten klinischen Analysengeräten verwendet werden. Wenn sie jedoch so eingesetzt werden, dann unterliegen sie Vibrationskräften und anderen Kräften, die größer sein können als die Kräfte, die die Flüssigkeit in den Reaktionsmulden halten. Demzufolge sind in einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung Mittel vorgesehen, um die nachteiligen Wirkungen derartiger Vibrations- und anderen Kräfte zu verringern. Eine derartige Ausführungsform ist beispielshalber in den FIG. 10 bis 13 dargestellt. Wie leicht verständlich, entsprechen diese Figuren in vieler Hinsicht der Ausführungsform, die in den FIG. 7 bis 9 dargestellt ist, und gleiche Bezugszahlen bezeichnen durchwegs analoge Teile.
Bei der Ausführungsform gemäß FIG. 10 bis 13 ist die Reaktionsmulde mit einer Querwand versehen, die wirksam als Boden dient, und die Seitenwände sind derart geformt, daß sie unerwünschtes Verspritzen des Reaktionsgemisches zufolge von Vibrationen des Systems oder von Fortbewegungs- oder anderen Kräften, die auf das Gerät einwirken, vermindern. Gemäß FIG. 11 und 13 besitzt die Wand 58 der Reaktionsmulde 28 eine leicht nach unten auseinandergehende Gestalt, d.h. der Durchmesser der Reaktionsmulde 28 erhöht sich mit der Tiefe (wie dies übertrieben in FIG. 13 gezeigt ist). Eine Querwand 74, die, wie dargestellt, einen allgemein konkaven Querschnitt aufweisen kann, ist mit der ringförmigen Wand 58 verbunden. In der Mitte der Reaktionsmulde ist ein kegelstumpfartiger Vorsprung 76 angeordnet. Das Oberteil des kegelstumpfartigen Vorsprungs 76 liegt, wie dies beim domartigen Vorsprung 60 der Fall war, unterhalb der oberen Oberfläche der Abdeckung 18. Wenn ein Tropfen der Testprobe auf dem kegelstumpfartigen Vorsprung 76 aufgebracht wird, dient dieser ebenso der gleichmäßigen Verteilung der Testprobe über die gesamte Reaktionsmulde.
Die Querwand 74 ist mit einem oder mehreren gebogenen Schlitzen 78 versehen, die normalerweise wirksam geschlossen sind. Vorzugsweise erstrecken sich die Schlitze in die Wand der Reaktionsmulde, wie in FIG. 13 dargestellt, um eine geeignete Biegsamkeit herzustellen. Wenn die mittlere Fläche 72 der Abdeckung 18 heruntergedrückt wird (FIG. 12) wird die Querwand 74 - teilweise zufolge ihres konkaven Querschnitts -hinreichend deformiert, so daß sich die Schlitze 78 öffnen und es gestatten, daß das Reaktionsgemisch durch die Schlitze 78 fließt und mit dem porösen Teil 18 in Berührung tritt und von ihm absorbiert wird.
Die FIG. 14a und 14b zeigen zwei Abwandlungen, die anstelle der in FIG. 10 dargestellten gebogenen Schlitze 78 verwendet werden können. So können eine Anzahl von Löchern 80 (FIG. 14a) oder von radialen Schlitzen 82 (FIG. 14b) in der Querwand 74 vorgesehen werden.
Die analytischen Geräte gemäß der Erfindung eignen sich dazu, zu Anfang zwei Substanzen oder Reagenzien im Abstand voneinander angeordnet zu enthalten und anschließend diese Substanzen in Gegenwart einer flüssigen Testprobe zur Durchführung eines Assays in flüssigen Kontakt mteinander zu bringen.Die Geräte sind derart konstruiert, daß sie die Durchführung vieler verschiedener Assays erlauben, indem die verwendeten Reaktionskomponenten und auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechenden Substanzen variiert werden. Beispielsweise kann eine Probe vorbehandelt werden, indem man sie einer Reaktionskomponente über eine bestimmte Zeit aussetzt, und danach erst weitere Reagenzien auf sie einwirken läßt. In derartigen Fällen kann die Reaktionskomponente eine Substanz enthalten, die die Probe physikalisch verändert, wie beispielsweise ein cytolytisches Mittel, um einen zur Erfassung bestimmten zu analysierenden Bestandteil freizusetzen. Wenn beispielsweise der zu analysierende Bestandteil Hämoglobin ist, kann die Substanz ein cytologisches Agens, wie beispielsweise ein oberflächenaktives Mittel sein. Das oberflächenaktive Mittel kann beispielsweise Polyoxyethylenether von aliphatischen Alkoholen enthalten, wie beispielsweise die oberflächenaktiven Mittel unter der Bezeichnung Brij (ICI United States Wilmington, DE), ferner Polyoxyethylenderivate von partiellen Sorbitanestern mit Fettsäuren, wie beispielsweise die unter der Bezeichnung Tween bekannten oberflächenaktiven Mittel (ICI United States, wie oben) und Alkylarylpolyether von Alkoholen, Sulfonaten oder Sulfaten, wie beispielsweise die Triton-Tenside (Rohm & Haas Company, Philadelphia, PA). ("Brij", "Tween" und "Triton" sind Warenzeichen). So kann ein oberflächenaktives Mittel beispielsweise in die Reaktionsmulde 28 und eine auf Hämoglobin ansprechende Substanz in das poröse Teil 16 plaziert werden. Analog können die in Serumproben vorhandenen Chylomikronen zunächst durch Einwirkung eines oberflächenaktiven Mittels in der Reaktionsmulde aufgespalten werden, bevor Triglycerid mit auf Triglycerid ansprechende Substanzen in dem porösen Teil 16 umgesetzt werden.
Bei klinischen diagnostischen Tests werden häufig mehrere reaktive Komponenten eingesetzt, wie beispielsweise die Reaktionskomponente selbst und die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Komponente. Die Reaktionskomponente kann auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechen und ein Reaktionsprodukt mit ihm bilden, und die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz bewirkt dann eine erfaßtbare Reaktion auf das Reaktionsprodukt. Die Reaktionskomponente kann kostspielige Enzyme oder labile biologische Substanzen enthalten, die durch die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz zufolge von unverträglichem pH-Wert, unverträglicher Ionenstärke oder chemische Vorgänge denaturiert oder abgebaut werden können, wenn sie zusammen mit dieser aufbewahrt werden. Daher kann die Reaktionskomponente stabiler gemacht werden, indem man sie von der auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechenden Substanz physikalisch getrennt hält. Die analytischen Geräte gemäß der Erfindung können ein derartiges Getrennthalten von Reaktionskomponenten oder ein Halten dieser Komponenten in Abteilen vorsehen. Die Reaktionskomponente (R&sub1;) kann in der Reaktionsmulde 28 und die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz (R&sub2;) in dem porösen Teil 16 aufbewahrt werden.
Wenn der zu analysierende Bestandteil Glucose ist, kann die Testprobe zunächst in der Reaktionsmulde auf der Abdeckung mit Glucoseoxydase umgesetzt werden. Das erzeugte Wasserstoffperoxid kann dann anschließend mit Peroxydase zusammen mit einem Redoxindikator reagieren, um eine erfaßbare kolorimetrische Reaktion in dem porösen Teil zu erzeugen. Analog kann in den Fällen, in denen der zu analysierende Bestandteil Cholesterin ist, die Testprobe zunächst mit Cholesterinesterase und Cholesterinoxidase in der Reaktionsmulde umgesetzt werden, bevor die Peroxidasereaktion in dem porösen Teil initiiert wird.
Wenn eine störende Substanz in der Testprobe vorhanden ist, kann diese zunächst durch Verwendung eines geeigneten Agens in beispielsweise der Reaktionsmulde entfernt werden. Das Agens kann eine chemische Substanz sein, das spezifisch nur mit der störenden Substanz reagiert. Beispielsweise kann im Falle der Störung durch Ascorbinsäure in klinischen Serumproben, wie in dem weiter unten angeführten Beispiel 2 gezeigt, Ascorbatoxidase in der Reaktionsmulde vorgelegt werden, um die Ascorbinsäure zu zerstören, bevor der zu analysierende Bestandteil umgesetzt wird, um eine erfaßbare Reaktion in dem porösen Teil zu ergeben. Im Falle der Störung der Gesamtbilirubinanalyse durch Protein kann Diphyllin oder Coffein in der Reaktionsmulde vorgelegt werden, um zunächst Bilirubin aus der Proteinbindung in der Serumprobe zu verdrängen, bevor dieses mit Diazosulfanilsäure im porösen Teil umgesetzt wird.
Alternativ kann die Reaktionskomponente und die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz Reagenziensysteme mit einem homogenen spezifischen Bindungsassay umfassen, das eine erfaßbare Reaktion als Funktion der Anwesenheit des zu analysierenden Bestandteils in der Probe erzeugt. Derartige Systeme für homogene spezifische Bindungsassays können eine Markierung umfassen, die an einer enzymatischen Umsetzung teilnimmt. Insbesondere umfaßt eine bevorzugte Ausführungsform für ein Reagenz und ein System für einen homogenen spezifischen Bindungsassay einen Antikörper, der sich an den zu analysierenden Bestandteil bindet, ein Konjugat des zu analysierenden Bestandteils oder ein bindendes Analogon davon sowie eine Markierung und ein Erfassungssystem, das mit der Markierung in Wechselwirkung tritt, um eine erfaßbare Reaktion zu erzeugen, die dann, wenn das Markierungskonjugat durch einen Antikörper gebunden ist, anders ist als wenn sie nicht derartig gebunden ist. Beliebige Vertreter für Markierungssysteme, die als geeignet für die Verwendung bei homogenen Immunoassays bekannt sind, können bei dem Gerät und dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden.
Bei anderen Anwendungen der Erfindung werden Substanzen in der Reaktionsmulde dazu verwendet, unerwünschtes Material in der Testprobe auszufiltern oder zu absorbieren. Beispielsweise kann die Reaktionsmulde mit Aktivkohle oder einem anderen Absorbtionsmittel bestückt sein, um selektiv störende Substanzen zu entfernen. Alternativ kann es mit Glasfasern oder anderen Filterhilfsmitteln versehen sein, die Blutzellen aus Gesamtblutproben oder Zellabfälle und Salzkristalle aus beispielsweise Urinproben zurückhalten können. In diesem Falle muß der Durchlaß oder die Öffnung 36 in der Mulde derart dimensioniert sein, daß das Filtermaterial zurückgehalten, die von störenden Stoffen freie Testprobe jedoch durchgelassen wird, wenn die Reaktionsmulde derart betätigt wird, daß das Reaktionsgemisch das poröse Element berührt.
Die Reagenzsysteme, die verwendet werden können, rufen eine erfaßbare Reaktion hervor oder können leicht modifiziert werden, um eine derartige Raktion, wie beispielsweise eine Farbveränderung, hervorzurufen, die in Beziehung zur Anwesenheit oder zu der Menge (oder beidem) an dem zu analysierenden Bestandteil steht, der in der flüssigen Probe untersucht werden soll. Das poröse Teil kann erhöhte Signale elektromagnetischer Strahlung, wie beispielsweise eine Änderung der Lichtreflexion im sichtbaren Spektrum, liefern und dadurch eine sichtbare Farbänderung oder eine Veränderung der Lichtreflexion außerhalb des sichtbaren Bereiches, wie beispielsweise im ultravioletten oder infraroten Bereich, erzeugen, Die erfaßbare Reaktion ist vorzugsweise eine derartige, die durch die Sinnesorgane unmittelbar oder durch Verwendung von Erfassungshilfsmitteln, wie einem Spektrophotometer, oder anderen Sensoren, beobachtet werden kann. Wenn das Analysenergebnis als erfaßbare Veränderung erhalten wird, kann es gemessen werden, wie beispielsweise durch Hindurchführen des analytischen Geräts durch ein Feld, in dem eine geeignete Vorrichtung zur Reflexionsmessung vorgesehen ist. Eine derartige Vorrichtung dient dazu, einen Energiestrahl, wie beispielsweise einen Lichtstrahl in das Element zu richten, der anschließend von dem Element in ein Erfassungsgerät reflektiert wird. Allgemein hat sich eine elektromagnetische Strahlung im Bereich von etwa 200 bis etwa 900 nm als geeignet für derartige Messungen erwiesen.
Durch Messen der erfaßbaren Reaktion, die durch die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz erzeugt worden ist, und Vergleichen der auf diese Weise erzeugten erfaßbaren Reaktion mit einer erfaßbaren Reaktion, die erzeugt wird, wenn die Analyse mit einer Reihe von Standardzusammensetzungen mit bekannten Gehalten an dem zu analysierenden Bestandteil durchgeführt wird, kann die qualitative und quantitative Bestimmung des zu analysierenden Bestandteils in der Testprobe durchgeführt werden.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert die Verwendung eines analytischen Geräts gemäß den FIG. 1 bis 5 zur Bestimmung der Anwesenheit von Theophyllin im Serum.
Die verwendeten Geräte waren diejenigen, die in den FIG. 1 bis 5 dargestellt sind, und bestanden aus Teilen, die aus PVC-Folienmaterial wärmeverformt worden waren. Bei jedem Gerät besaß die Grundplatte 12 eine Dicke von 0,020 Zoll (0,51 mm): die Abdeckung 18 besaß eine Dicke von 0,010 Zoll (0,25 mm), und das poröse Teil, das von Porex Technologies, Fairburn, GA. erhalten worden war, besaß eine Dicke von 1/32 Zoll (0,80 mm) sowie eine mittlere Porengröße von 35 um.
Zwei Reagenzien, R&sub1; und R&sub2; wurden formuliert. R&sub1; entsprach der Reaktionskomponente 34; R&sub2; entsprach der auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechenden Substanz 38.
R&sub1; enthielt die folgenden Bestandteile: 0,05 M Imidazol- HCL-Puffer vom pH-Wert 7,5, 0,6 mM Magnesiumacetat, 0,2 mM EDTA, 0,5 mg/ml IgG, 0,49 IE/ml Diaphorase, 4 IE/ml Glucose- 6-Phosphat-Dehydrogenase, 2,4 IE/ml Phosphoglucomutase, 104 IE/l Phosphoacetylglucomutase, 10ul/ml gereinigten monoclonalen Antikörper gegenüber Theophyllin (Beckman Chargenbezeichnung 706022), 1% Dextran T&sub7;&sub0; und 5% Mannit. Die Kommission für Enzyme der Internationalen Union für Biochemie hat eine Internationale Einheit Enzymaktivität als 1 Mikromol (umol) Substrat definiert, das je Minute unter spezifizierten Bedingungen von pH-Wert und Temperatur verbraucht wird.
R&sub2; enthielt die folgenden Bestandteile: 1 mM Glucose- 1-Phosphat, 2 mM NAD, 0,5 mM p-Jodnitrotetrazoliumviolett, 0,23uM Theophyllin-glucosamine-diphosphat-Konjugat und 4% Hydroxypropyl-methyl-cellulose.
In die Reagenzmulde 24 bzw. das poröse Teil 16 jedes Gerätes wurden 35ul jedes der Reagenzien R&sub1; bzw. R&sub2; eingebracht. Die mit dem Reagenz imprägnierten Geräte wurden dann lyophilisiert und schließlich in einzelnen Folienbeuteln eingesiegelt und gekühlt aufbewahrt.
In einen Pool eingebrachte Serumproben wurden dazu verwendet, um Theophyllin-Standards herzustellen. 35ul des Serumstandards, verdünnt im Verhältnis 1:100, wurden auf die Reaktionsmulde 28 pipettiert, und das lyophilisierte Reagenz R&sub1; wurde sich völlig Auflösengelassen, so daß innerhalb von 3 min ein Reaktionsgemisch gebildet wurde. Mit Hilfe eines Kolbens wurde danach die Reagenzmulde manuell 5 s lang in Berührung mit dem porösen Teil 16 gehalten und während dieser Zeit sämtliches Reaktionsgemisch durch Kapillarwirkung in das poröse Teil 16 überführt.
Während 5 min wurde von der Unterseite des porösen Teils 16 aus die optische Dichte der diffusen Reflexion bei 500 nm messend verfolgt. Die Veränderung der optischen Dichte in dem Intervall zwischen 1 und 3 min wurde gegen die Konzentration von Theophyllin aufgetragen, und man erhielt eine Standardkurve.
Einunddreißig klinische Serumproben, die verschiedene Gehalte an Theophyllin enthielten, wurden als unbekannte Proben verwendet und ihre Wert von der Standardkurve aus errechnet. Die Ergebnisse wurden mit denjenigen verglichen, die gemäß einer üblichen Latex-Trübungsmessungsmethode auf dem klinischen Analysesystem TECHNICON RA-1000 erhalten worden waren (TECHNICON RA-1000 ist eine eingetragene Warenmarke von Technicon Instruments Corporation, Tarrytown, NY). Der Korrelationskoeffizient betrug 0,944, die Steigung betrug 1,011, und die Schnittstelle mit der Ordinate lag bei -2,264 (siehe FIG. 15).
Die unter Verwendung des analytischen Geräts erzielten Ergebnisse schnitten somit gegenüber denen einer üblichen Latexmethode günstig ab.

Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt die Verwendung eines Geräts gemäß den FIG. 10 bis 13 zur Eliminierung der Störung durch Ascorbinsäure von der Harnsäureanalyse in einem System mit aufeinanderfolgenden Reaktionsschritten. Bekanntlich kann Ascorbinsäure im Serum in hohen Konzentrationen vorkommen, die bei klinischen Tests signifikante Falschmessungen erzeugen können.
Die analytischen Gerät enthielten Teile, die aus hochschlagfestem Material aus Polystyrolfolie hitzeverformt worden waren. Die Grundplatte 12 besaß eine Dicke von 0,060 Zoll (1,5 mm); die Abdeckung 18 besaß eine Dicke von 0,010 Zoll (0,25 mm), und das poröse Teil 16, das von Porex Technologies, Fairburn, GA erhalten worden war, wies eine Dicke von 1/32 Zoll (0,80 mm) sowie eine mittlere Porengröße von 50um auf.
Es wurden zwei Reagenzien R&sub1; und R&sub2; formuliert. R&sub1; wurde in die Reaktionsmulde 28 eingebracht und R&sub2; auf das hydrophile, poröse Teil 16 aufgebracht.
R&sub1; enthielt ein Mittel, das in der Lage war, die Störung zu beseitigen, wenn die Testprobe mit ihm in Berührung gebracht wurde. Bei diesem Beispiel wurde Ascorbatoxidase verwendet, um mit der Ascorbinsäure in der Testprobe zu reagieren und die Ascorbinsäure zu entfernen.
R&sub1; enthielt die folgenden Bestandteile: 100,000 IE/l Ascorbatoxidase, 2,3 g/l Rinderserumalbumin und 50 g/l Mannit.
R&sub2; enthielt die folgenden Bestandteile: 375,000 IE/l Meerretich-Peroxidase, 40,000 IE/l Uricase, 25 g/l Rinderserumalbumin, 50 g/l 4-Amino-antipyren, 75 g/l Natrium-p- hydroxybenzoat, 10 g/l Hydroxypropyl-methylcellulose, 20 mM Natriumazid, 1 mM EDTA und 0,2 M Phosphatpuffer vom pH=8,5.
Zwanzig Mikroliter jedes Reagenzes wurden auf den Geräten abgeschieden. Die mit dem Reagenz imprägnierten Geräte wurden dann lyophilisiert und in einem Exiccator gehalten.
Es wurden wäßrige Standardlösungen mit einem Gehalt von 0, 5, 10, 15 und 20 mg/dl Harnsäure hergestellt und dazu verwendet, um eine Standardkurve aufzustellen. Eine Analysenprobe, die 10 mg/dl Harnsäure plus 10 mg/dl Ascorbinsäure enthielt, wurde ebenfalls hergestellt. Es wurden Versuche durchgeführt, um die Wirksamkeit von (I) des analytischen Geräts 10, in dem Ascorbatoxidase in R&sub1; enthalten war und zunächst mit der Probe reagierte, bevor das Reaktionsgemisch mit R&sub2; umgesetzt wurde (im folgenden als Gerät 1 bezeichnet) mit (II) einem Gerät zu vergleichen, bei dem die Abdeckung 18 entfernt worden war und die Ascorbatoxidase gleichzeitig mit R&sub2; mit der Probe reagierte (Gerät 2). Es wurden Messungen unter Verwendung von 20ul Standard oder Probe durchgeführt. Für Gerät 1 wurde die Analysenprobe in die Reaktionsmulde 28 eingeführt und mit der Ascorbatoxidase bebrütet. Anschließend wurde die Reaktionsmulde 28 mit dem porösen Teil 16 mittels eines Kolbens in Berührung gebracht. Fünf Sekunden Berührungszeit waren ausreichend, um sämtliche Flüssigkeit aus der Reaktionsmulde in das hydrophile poröse Teil 16 zu überführen. Bei Gerät 2 wurden die Testlösungen unmittelbar auf das hydrophile poröse Teil aufgebracht, das mit R&sub2; imprägniert war. Von der Unterseite des porösen Teils aus wurde während 5 min bei 37 ºC auf einem Reflexionsspektrometer-InfraAnalyzer 300 (Technicon Instruments Corporation, Tarrytown, NY), das modifiziert worden war, um den Spektralbereich zwischen 340 und 700 nm abzudecken, die optische Dichte der diffusen Reflexion bei 340 nm messend verfolgte. Die optische Dichte am Ende der fünf Minuten wurde aufgezeichnet.
Die wiedergewonnenen Werte für Harnsäure in der Testprobe, die 10 mg/dl Ascorbinsäure als Störung enthielt, wurden aus der Standardkurve errechnet.
Das Ergebnis ist in der Tabelle 1 zusammengefaßt. Eine 100%ige Wiedergewinnung der Harnsäurewerte wurde mit Ascorbatoxidase in R&sub1; auf dem analytischen Gerät erzielt, während die Verwendung von Ascorbatoxidase in R&sub2; allein nur zu einer Wiedergewinnung von 67% des Harnsäurewertes führte. Dies zeigt klar, daß das Gerät gemäß der Erfindung äußerst wirksam bei der Entfernung von Störungen in Analysenproben oder bei der Gewährleistung eines Reaktionsmechanismus in aufeinanderfolgenden Stufen ist. Tabelle 1 Wiedergewonnene Harnsäure-Werte in Proben mit einem Gehalt von 10 mg/dl Ascorbinsäure Theoretischer Wert Keine Ascorbatoxidase Gerät 2 Ascorbatoxidase in R&sub2; Gerät 1 Ascorbatoxidase in R&sub1;
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die Erfindung ein analytisches Testgerät betrifft, das zwei Substanzen oder Reagenzien anfangs getrennt voneinander hält und anschließend dazu einrichtbar ist, diese Substanzen entweder nacheinander oder gleichzeitig in Gegenwart einer flüssigen Testprobe in flüssigen Kontakt miteinander zu bringen, um einen Assay durchzuführen. Beide Substanzen können in trockener Form vorhanden sein und durch die flüssige Testprobe rekonstituiert werden.

Claims

1. Analytisches Gerät (10) für die qualitative und bzw. oder quantitative Bestimmung eines zu analysierenden Bestandteils in einer flüssigen Testprobe, wobei das analytische Gerät umfaßt:

a) eine Grundplatte (12);

b) ein poröses Teil (16), das von der Grundplatte aufgenommen ist;

c) mindestens eine auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz (38; 66), die über das poröse Teil verteilt ist und eine erfaßbare Reaktion auf die Anwesenheit und bzw. oder Konzentration des zu analysierenden Bestandteils liefert;

d) eine Reaktionskomponente (34; 68);

e) eine Abdeckung (18), die mit der Grundplatte einstückig ausgebildet ist;

f) eine Reaktionsmulde (28; 56) in der Abdeckung (18) zum Aufbewahren der Reaktionskomponente und zur Aufnahme der flüssigen Testprobe, wodurch die flüssige Testprobe und die Reaktionskomponente ein flüssiges Reaktionsgemisch innerhalb der Reaktionsmulde bilden können;

g) Durchtrittsmittel (30; 80; 82) in der Reaktionsmulde zum Hindurchtretenlassen des Reaktionsgemisches, die im Abstand von dem porösen Teil (16) angeordnet und für den Durchtritt des Reaktionsgemisches geschlossen sind, jedoch selektiv in Richtung auf das poröse Teil bewegbar sind, um den Durchtritt zu öffnen und dem Reaktionsgemisch den Durchfluß zu dem porösen Teil zu ermöglichen, wodurch die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz in dem porösen Teil eine erfaßbare Reaktion auf dem zu analysierenden Bestandteil in dem flüssigen Reaktionsgemisch zeigen kann; und

h) eine in der Grundplatte vorgesehene Sichtöffnung zum Sichtbarmachen des porösen Teils für die Beobachtung jeglicher erfaßbaren Reaktion der auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechenden Substanz darauf.

2. Gerät gemäß Anspruch 1, wobei die Durchtrittsmittel (30) normalerweise offen und derart dimensioniert sind, daß die Oberflächenspannung des flüssigen Reaktionsgemisches mit der Reaktionsmulde (28) das in der Reaktionsmulde festgehaltene flüssige Reaktionsgemisch daran hindert, durch die Durchtrittsmittel hindurchzutreten.

3. Gerät gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das durch die Reaktionsmulde (28; 56) festgehaltene flüssige Reaktionsgemisch durch Kapillaranziehung durch die Durchtrittsmittel (30, 80, 82) hindurchgezogen wird, wenn die Durchtrittsmittel in Berührung mit dem porösen Teil (16) gebracht werden.

4. Gerät gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, worin die Reaktionsmulde (28) eine konische Vertiefung (32) in der Abdeckung (18) ist.

5. Gerät gemäß Anspruch 4, worin die Abdeckung (18) einen mittigen Abschnitt (26) umfaßt, die Reaktionsmulde (28) innerhalb des mittigen Abschnittes angeordnet ist und mit dem mittigen Abschnitt einstückig ausgebildete Abbiegemittel zum Verschieben des mittigen Abschnittes in Richtung auf das poröse Teil (16) vorgesehen sind.

6. Gerät gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, worin die Reaktionsmulde eine allgemein ringförmige Vertiefung (56) in der Abdeckung (18) mit einer in der Mitte der Vertiefung (56) angeordneten Erhebung (60) ist und mindestens zwei Stützarme (62) vorgesehen sind, die sich von der Erhebung zum Rand der Reaktionsmulde erstrecken und dazwischen Öffnungen (64) bilden, die die Durchtrittsmittel darstellen.

7. Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Reaktionskomponente (34; 68) eine trockene Substanz innerhalb der Reaktionsmulde (28; 56) ist und nach Inberührungbringen mit der flüssigen Testprobe rekonstituiert werden kann.

8. Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, enthaltend mindestens eine deformierbare ringförmige Wellungszone (24) in der Abdeckung (18), um die Bewegung der Durchtrittsmittel in Richtung auf die den Durchtritt ermöglichende Stellung zu erleichtern.

9. Verfahren zur qualitativen und bzw. oder quantitativen Bestimmung eines zu analysierenden Bestandteils in einer flüssigen Testprobe mit den folgenden Stufen:

a) Einbringen einer aliquoten Menge der Flüssigen Testprobe in die Reaktionsmulde eines Analysengerätes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8;

b) Ermöglichen der Bildung eines flüssigen Reaktionsgemisches in der Mulde durch den aliquoten Teil der flüssigen Testprobe und die Reaktionskomponente;

c) Verschiebung der Durchtrittsmittel in Richtung auf das poröse Teil zum wirksamen Öffnen des Durchtritts und Ermöglichung des Durchflusses des Reaktionsgemisches zu dem porösen Teil, wodurch die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz eine erfaßbare Reaktion auf den in dem flüssigen Reaktionsgemisch vorhandenen zu analysierenden Bestandteil zeigen kann;

d) Erfasen und bzw. oder Messen der erfaßbaren Reaktion, die durch die auf den zu analysierenden Bestandteil ansprechende Substanz erzeugt worden ist; und gewünschtenfalls

e) Vergleichen der erfaßbaren Reaktion, die durch die Testprobe erzeugt worden ist, mit den erfaßbaren Reaktionen, die von einer Reihe von Standardzusammensetzungen erzeugt worden sind, die bekannte Mengen an dem zu analysierenden Bestandteil enthalten.