DE69033904T2

DE69033904T2 - Analysevorrichtung

Info

Publication number: DE69033904T2
Application number: DE69033904T
Authority: DE
Inventors: John Clarke; Freidoun Zamani-Farahani
Original assignee: Microbiological Research Authority
Current assignee: Vivacta Ltd
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2010-04-28
Also published as: ZA903214B; JPH04504904A; CA2054702C; AU5568590A; DK0470164T3; AU655913B2; GB8909701D0; EP0470164A1; ES2166751T3; ATE212439T1; CA2054702A1; DE69033904D1; JP2939891B2; EP0470164B1; WO1990013017A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Analysevorrichtung und ein Verfahren zur Analyse, welche die Absorption bei einer sichtbaren oder einer anderen geeigneten Wellenlänge eines Reagenz, eines zu bestimmenden Stoffes (Analyt) oder eines vergleichbaren Mediums verwenden. Die Erfindung betrifft die biochemischen Untersuchungen.
Eine große Vielzahl von gegenwärtigen diagnostischen und anderen biochemischen Testverfahren verwenden ein Reagenz, das eine mit dem Auge sichtbare Farbveränderung in Gegenwart des zu bestimmenden Stoffes erfährt. Das Reagenz wird oftmals praktischerweise auf einem Teststreifen getragen. Optiken können vorgesehen sein, um den Vergleich der beobachteten Farbveränderung mit einer Standardfarbkarte zu unterstützen. Alternativ kann die optische Absorption bei einer oder mehreren ausgewählten Wellenlängen gemessen werden. Während gewisse Anordnungen die Messung einer Absorption durch Detektion von transmittiertem Licht zulassen, sind für gewöhnlich reflektrometrische Anordnungen zweckmäßiger.
Auf vielen Gebieten ist die zur Analyse zur Verfügung stehende Probenmenge stark eingeschränkt. Es ist folglich wünschenswert, dass man eine Vorrichtung hat, die in der Lage ist, kleine Tropfen oder dünne Schichten einer Probe zu analysieren. In vielen Fällen, wofür Immonoassay-Verfahren gute Beispiele sind, hat der Lösungsansatz mit einer dünnen Schicht wichtige weitere Vorteile. Es wird beispielsweise möglich, das Reagenz (sei es einen Antikörper oder ein Antigen) auf einer Oberfläche zu immobilisieren und somit die Notwendigkeit eines Trennschrittes zu beseitigen. Beispiele von verwandten Verfahren sind enzymgekoppelte kolorimetrische Testverfahren und Tests für andere biochemische zu bestimmende Stoffe.
In dem speziellen Gebiet von Immunotestverfahren (Immonoassays) ist das Verfahren einer Totalreflexionsspektroskopie bekannt. Eine dünne Schicht eines Probenmaterials wird auf einer Oberfläche eines transparenten optischen Elements hergerichtet und Messungen werden anhand der Totalreflexion von Licht an der Grenzfläche zu der Probe vorgenommen. Dasselbe Verfahren kann dazu verwendet werden, um eine Fluoreszenz innerhalb der Dünnschichtprobe zu messen, und andere Verfahren sind vorgeschlagen worden, um eine Verschiebung im Brechungsindex oder in der Polarisation zu detektieren.
Ein Nachteil der bislang vorgeschlagenen Verfahren besteht darin, dass sie auf einer optischen Detektion eines reflektierten oder transmittierten Lichts mit einer anschließenden Signalverarbeitung beruhen, was für die erforderliche Messung einer Absorption, Fluoreszenz oder eines anderen optischen Parameters, der von Belang ist, sorgt. Man glaubt, dass dies die Entwicklung einer Vorrichtung beeinträchtigt hat, die die Anforderungen spezieller Applikationen erfüllen. Somit ist es bei vielen Anwendungen wünschenswert, eine Vorrichtung herzustellen, die sowohl kompakt als auch widerstandsfähig ist. Unter gewissen Bedingungen, wo beispielsweise der zu bestimmende Stoff potenziell toxisch ist oder eine mikrobiologische Kontamination oder ein Gesundheitsrisiko birgt, ist es wünschenswert, dass man eine analytische Vorrichtung von einer Form hat, die nach jeder Analyse entsorgt werden kann. In gewissen Fällen würde es von Vorteil sein, wenn man eine Anzahl von analytischen Prozeduren zulässt, die an demselben Probenkörper ausgeführt werden. Die bislang verwendeten Verfahren führten in diesen Formen nicht zur Realisierung.
EP-A-0 142 481 beschreibt ein Verfahren zum Analysieren einer Probe unter Verwendung einer fotoakustischen oder optothermischen Spektroskopie sowie einen Probenträger zum Ausführen des Verfahrens. Temperaturvariationen in einer Probe, die von dem Träger getragen wird, resultieren in einer Ausdehnung und einer Kontraktion eines Ausdehnungselements, welche mit Hilfe eines piezoelektrischen Messwandlers in Signale umgewandelt werden.
Tanaka et al. beschreibt in Journal of Applied Physics, 63, 15. März 1998, Nr. 6, Seiten 1815-1819, ein piezoelektrisches Verfahren zur Spektroskopie, das an dünnen Festkörperschichten bzw. -Filmen ausgeführt wird. Dünne Flüssigkeitsschichten können ebenfalls unter Verwendung dieses Verfahrens untersucht werden.
Es ist eine Aufgabe gemäß einem Gesichtspunkt dieser Erfindung, eine verbesserte Analysevorrichtung zu schaffen, bei der die Notwendigkeit von optischen Detektionssystemen vermieden wird.
Es ist eine weitere Aufgabe gemäß einem Gesichtspunkt dieser Erfindung, eine verbesserte Analysevorrichtung zu schaffen, die eine einfache und kostengünstige Form annehmen kann und zugleich für eine Genauigkeit und Zuverlässigkeit sorgt.
Es ist noch eine weitere Aufgabe gemäß einem Gesichtspunkt dieser Erfindung, eine verbesserte Analysevorrichtung bereitzustellen, bei der die Abhängigkeit der Ergebnisse vom Probenvolumen reduziert ist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe von gewissen Formen dieser Erfindung, eine Analysevorrichtung mit ausreichender Messempfindlichkeit zu schaffen, um mehrere analytische Verfahren an einer Probe zu ermöglichen.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine verbesserte biochemische Analysevorrichtung bereitgestellt, die einen kolorimetrischen Effekt verwendet, um eine Anzeige von einem oder mehreren zu bestimmenden Stoffen (Analyt) in einer Probe bereitzustellen, wobei die Vorrichtung umfasst zumindest einen Reagenzkörper und einen Festkörper-Messwandler, der ein pyroelektrisches Element umfasst und für Licht bei einer Einstrahlungsfrequenz im Wesentlichen transparent ist, wobei das Messwandlerelement Elektrodenmittel und eine Oberfläche aufweist, wobei auf der Oberfläche des Messwandlers der zumindest eine Reagenzkörper festgelegt bzw. immobilisiert ist, wobei das Reagenz eine kolorimetrische Änderung in der Gegenwart des zu bestimmenden Stoffes durchmacht, wobei das Messwandlerelement ausgelegt ist, um einen Probenkörper auf der Oberfläche aufzunehmen, wobei das Volumen des Reagenz klein ist im Vergleich zu dem Volumen der Probe, und ausgelegt ist, um ein Ausgangssignal an den Elektrodenmitteln bereitzustellen, das indikativ für eine Energieabsorption nahe der Oberfläche ist; ein Mittel zum Bestrahlen bzw. Beleuchten der Probe durch das Messwandlerelement hindurch mit Licht bei der Einstrahlungsfrequenz, so dass durch Lichtabsorption Wärme in einem Ausmaß erzeugt wird, das repräsentativ für den Effekt ist, sowie Verarbeitungsmittel, um das Ausgangssignal des Messwandlers zu empfangen, und das ausgelegt ist, um daraus Information betreffend den zu bestimmenden Stoff abzuleiten.
Weil das Reagenz auf einer Messwandleroberfläche bereitgestellt wird, die auf eine Wärmeerzeugung empfindlich ist, kann die Lichtabsorption in dem Reagenz durch eine lokalisierte Wärmeerzeugung detektiert werden. In dem bevorzugten Fall, bei dem die Amplitude der Lichtquelle moduliert wird, kann eine periodische bzw. gepulste Wärmeerzeugung auf eine Weise detektiert werden, die idealerweise mit der Modulation der beleuchtenden Lichtquelle phasenstarr (phase locked) ist.
Die vorliegende Erfindung verwendet ein pyroelektrisches Element, das als Messwandler dient, wobei eine Oberfläche dieses Elements das Reagenz aufnimmt.
Bei einer wichtigen Form der vorliegenden Erfindung dient das Mittel zum Bestrahlen dazu, um Licht oder eine andere Strahlung durch den Messwandler zu richten, welcher so ausgelegt ist, dass er bei den geeigneten Wellenlängen im Wesentlichen transparent ist.
Es ist ziemlich gut möglich, pyroelektrische Elemente herzustellen, beispielsweise eine PVDF-Schicht bzw. Vinylidenpolyfluoridschicht, die optisch transparent ist. Ähnliche Verfahren sind zur Herstellung von Dünnschichtelektroden verfügbar, die zu diesem Zweck eine ausreichend niedrige Absorption aufweisen.
Ein wichtiger weiterer Vorteil, der von gewissen Formen der vorliegenden Erfindung dargeboten wird, besteht in der Möglichkeit, mit kleinen Probenvolumina ohne die Schwierigkeit zu operieren, der man bei gewissen bestehenden Vorrichtungen begegnet, nämlich dass die Ergebnisse des Tests bzw. der Detektion von dem Probenvolumen abhängen. Bei der bestehenden Vorrichtung kann der Probenanteil, der innerhalb des Reagenzkörpers gebunden oder auf andere Weise eingefangen ist, in Relation zu den gesamten Probenvolumen signifikant verbessert werden. Es wird folglich eine Verschiebung in der tatsächlichen Konzentration geben, die volumenabhängig ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Reagenzvolumen - oder je nach Bedarf das Reagenz-/Messwandlervolumen - ausreichend klein gemacht werden, so dass die Abhängigkeit vom gesamten Probenvolumen vernachlässigbar wird, und zwar selbst bei kleinen Probenvolumina.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur biochemischen Analyse einer Probe unter Verwendung der biochemischen Analysevorrichtung gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass ein Probenkörper auf der Oberfläche eingerichtet bzw. aufgebracht wird; dass die Probe durch das Messwandlerelement hindurch mit Licht bei der Einstrahlungsfrequenz bestrahlt wird, so dass durch Lichtabsorption Wärme in einem Ausmaß erzeugt wird, das repräsentativ für einen kolorimetrischen Effekt ist; und dass das Ausgangssignal des Messwandlers überwacht wird, um durch Bestimmung der Wärmeerzeugung auf bzw. nahe der Oberfläche Information betreffend den zu analysierenden Stoff (Analyt) abzuleiten.
Vorzugsweise umfasst der Schritt der Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung eine Beleuchtung durch das Messwandlermittel hindurch in dem sichtbaren oder nahen sichtbaren Spektrum.
Das Messwandlermittel umfasst ein Elektrodenmittel, bei dem das Ausgangssignal erscheint.
Bei einer Form der Erfindung umfasst das Verfahren einen oder mehrere Probenpräparationsschritte, Manipulationsschritte oder Verarbeitungsschritte, welche das Anlegen einer Spannung oder eines Stroms an das bzw. die Elektrodenmittel umfasst bzw. umfassen.
Man betrachte diese Erfindung so, dass sie eine Reihe wichtiger Vorteile aufweist. Die Beseitigung der Notwendigkeit von Detektionsoptiken sollte in einer erheblichen Vereinfachung und Kostenreduktion resultieren. In geeigneten Fällen ist es möglich, für eine Entsorgung der Messwandler/Reagenzelemente zu sorgen. Die Möglichkeit, mit Tropfen einer Probe zu arbeiten, wird oftmals die Probenpräparationstechniken vereinfachen. Die Tatsache, dass bei gewissen Formen der Erfindung eine Farbveränderung durch den Messwandler detektiert wird, sollte eine Hintergrundinterferenz beseitigen oder erheblich reduzieren, beispielsweise von der Probe. Die Tiefe der Grenzschicht, die untersucht wird, kann, falls erforderlich, durch Variieren der Frequenz und Amplitude der Bestrahlung kontrolliert werden.
Die Erfindung wird nun in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, worin:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine Kurve ist, die die Kalibrierung einer Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, darstellt;
Fig. 3 eine Draufsicht (mit einem Teilschnitt in Explosionsdarstellung) eines ein Testelement bildenden Teils einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 eine perspektivische Skizze einer von Hand zu haltenden Testvorrichtung zur Verwendung mit dem Testelement gemäß Fig. 3 ist;
Fig. 5 eine Ansicht vergleichbar zu Fig. 3 ist, die eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6a) eine Draufsicht eines ein Testelement bildenden Teils einer Vorrichtung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6b) einen Schnitt durch das Testelement gemäß Fig. 6a gemeinsam mit einer schematischen Darstellung der entsprechenden Lichtquelle zeigt;
Fig. 7a) und b) und 8a) und b) vergleichbare Figuren zu den Fig. 6a und b sind, aber Modifikationen darstellen;
Fig. 9 eine Kurve ist, die eine experimentelle Bewertung einer Vorrichtung, wie sie grundsätzlich in Fig. 1 gezeigt ist, ist;
Fig. 10 eine Kurve ist, die die Daten gemäß Fig. 9 nach einer weiteren Verarbeitung darstellt; und
Fig. 11 eine Skizze ist, die noch eine weitere Modifikation darstellt.
Zunächst bezugnehmend auf Fig. 1, umfasst ein pyroelektrischer Messwandler eine PVDF-Schicht 10, die Elektrodenbeschichtungen 12, 14 auf der oberen bzw. unteren Oberfläche aufweist. Die Elektrodenbeschichtungen sind in diesem Beispiel aus aufgesputtertem Gold gebildet, das eine Dicke im Bereich von 5 bis 15 nm aufweist. Reagenzstreifen 16 sind unter Verwendung eines geeigneten Verfahrens auf der oberen Elektrodenbeschichtung 12 abgeschieden. Jeder Reagenzstreifen kann optional auf seiner oberen Oberfläche eine Trennschicht (nicht gezeigt) tragen, um Störungen zu vermeiden, die davon herrühren, dass die Probe in Kontakt mit dem Reagenz gelangt. In vielen Fällen werden jedoch solche Trennschichten nicht notwendig sein.
Die Elektrodenbeschichtungen 12 und 14 sind mit den Eingängen eines Ladungsverstärkers 20 verbunden, der eine hohe Eingangsimpedanz darstellt, und der Ausgang des Ladungsverstärkers wird an einen phasenstarren (phase locked) Verstärker 22 angelegt. Eine Lichtquelle 24 - die in diesem Beispiel die Form einer LED bzw. lichtemittierenden Diode annimmt - ist so positioniert, um die Reagenzstreifen durch die pyroelektrische Schicht 10 und die zugeordneten Elektrodenbeschichtungen hindurch zu beleuchten. Die Lichtquelle wird durch einen Modulator 26 gespeist, der ein Rechteck-Ausgangssignal von typischerweise bis zu 15 Hz bereitstellt. Ein Referenzsignal wird auf der Leitung 28 von dem Modulator 26 zu dem phasenstarren Verstärker 22 gegeben.
Im Einsatz wird ein Tropfen einer Probe auf der oberen Oberfläche des pyroelektrischen Messwandlers abgelagert, wobei der Umriss des Tropfens in der Zeichnung bei 30 gezeigt ist. In der Gegenwart von Mengen des zu bestimmenden Stoffes erfährt das geeignet ausgewählte Reagenz eine Änderung hinsichtlich der optischen Absorption. Licht von der Quelle 24 wird in dem Reagenz absorbiert - wobei die LED natürlich so gewählt ist, um Licht der geeigneten Frequenz für das in Frage kommende Reagenz bereitzustellen - und die Lichtabsorption bewirkt eine mikroskopische Erwärmung über einen lokalisierten Bereich, der grundsätzlich bei 18 gezeigt ist. Diese Erwärmung wird mit Hilfe des Messwandlers gefühlt bzw. detektiert und führt zu einer Änderung im Ausgangssignal des Verstärkers 20.
Durch Phasenkopplung auf das Referenzsignal auf Leitung 28 ist der Verstärker 22 in der Lage, ein empfindliches Ausgangssignal bereitzustellen, das für die Erwärmung steht und somit für die Lichtabsorption innerhalb des Reagenz. Das Ausgangssignal des phasenstarren Verstärkers 22 kann auf eine Vielzahl von Arten gehandhabt werden. Es kann digitalisiert werden und auf einem geeigneten Bus zu einem Mikrocomputer gesendet werden. Eine Alternative würde es sein, das Signal zu filtern und einen analogen Ablesewert auf ein Voltmeter zu nehmen.
Die Art des gewählten Reagenz wird stark variieren, was von der Analyseprozedur abhängt. Beispielsweise können in Testverfahren für Ionen den pH-Wert und Schwermetalle anzeigende Farbstoffe verwendet werden, die ihre Farbe auf Grund einer Chelat-Bildung/Bindung von Ionen ändern. Eine Vielzahl von Reagenzien' sind für Testverfahren von Stoffwechselprodukten, Arznei- bzw. Wirkstoffen und biochemischen Stoffen in Blut und Urin bekannt. Ein Beispiel ist ein Paracetamol- Testverfahren mit Erzeugung eines Aminophenols aus Paracetamol durch Acrylacylamidase. Bei immunologischen Testverfahren kann das Reagenz die Form eines Antigens für ein Protein oder eine Mikrobe annehmen. Das Reagenz kann auch der Antikörper sein. Das Verfahren kann auch bei enzymgekoppelten Immunotestverfahren (ELISA) verwendet werden.
Die mit der beschriebenen Vorrichtung erzielten Ergebnisse können unter Bezugnahme auf die Fig. 2 dargestellt werden, bei der es sich um eine Kalibrierungskurve unter Verwendung eines Tetrazol-Farbstoffes handelt. Dieser Farbstoff wird weithin zur Detektion von enzymgekoppelten Oxidoreduktase-Reaktionen verwendet und ist deshalb zum Einsatz in einem weiten Bereich von biochemischen Testverfahren (ELISA) geeignet. Der Farbstoff dient als Elektronentransfermediator für natürliche Enzym-Cofaktoren, beispielsweise für NAD(P)&spplus;, (Nikotinadenindinucleotid (Phosphat)).
Wie man anhand von Fig. 2 erkennen wird, gibt es eine lineare Beziehung zwischen der Spannung (ausgedrückt in mv), die pyroelektrisch erzeugt wird, über die Elektroden 12, 14 und der Konzentration des Tetrazol-Farbstoffes (ausgedrückt in Pikomol).
Es wird ersichtlich sein, dass bei Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 eine spezielle Frequenz oder ein Frequenzbereich ausgewählt werden wird, der für das gerade verwendete Reagenz zweckmäßig ist. Die Lichtquelle kann breitbandig sein, beispielsweise eine Blitzlampe, oder kann eine LED bzw. lichtemittierende Diode sein, eine Laserdiode oder ein anderer Laser, der so ausgewählt ist, um Licht bei der oder um die geeignete Wellenlänge herum bereitzustellen. Es kann erforderlich sein, Materialien und Dicken für die Elektrodenbeschichtungen zu wählen, die bei der ausgewählten Betriebsfrequenz ausreichend durchlässig sind. Andere mögliche Elektrodenmaterialien sind eine Silberschicht, Indiumzinnoxid oder eine auf Nickel basierende Legierung (wie sie auf dem kommerziell erhältlichen Penwalt-PVDF- Film bereitgestellt wird), der, falls erforderlich, geätzt ist, um die Dicke der Beschichtung zu verringern. Beschichtungen können durch Ionenbestrahlung, durch Sputtern oder auf andere bekannte Weisen aufgebracht werden. Falls es unzweckmäßig ist, eine Elektrodenbeschichtung bereitzustellen, die ausreichend durchlässig ist, können geeignete Fenster in beiden Elektrodenschichten erzeugt werden. Somit kann jeder Reagenzstreifen unmittelbar über der PVDF-Schicht abgeschieden werden, wobei die Elektrodenschicht 12 dann die Schichtoberfläche zwischen den Reagenzstreifen überdeckt. Auf der gegenüber liegenden Oberfläche nimmt die Elektrodenbeschichtung eine vergleichbare Form an.
Eine Beleuchtung bzw. Bestrahlung des Reagenz/der Probe durch den im Wesentlichen transparenten Messwandler hindurch, der durch die PVDF-Schicht und die Dünnschichtelektroden ausgebildet wird, hat den wichtigen Vorteil, dass die Effekte einer fälschlichen Absorption oder Reflektion in der Probe beseitigt oder erheblich verringert werden. Die Vorrichtung ist nur auf eine Absorption bei einem schmalen bzw. kleinen Oberflächenbereich empfindlich, der die Messwandleroberfläche überdeckt. Die Möglichkeit, mit kleinen Probenvolumina zu operieren, ist von erheblicher Bedeutung, wie man gut verstehen wird. Außerdem reduziert die vorliegende Erfindung das Problem einer Abhängigkeit vom Probenvolumen, was die Anwendbarkeit von vormals vorgeschlagenen Verfahren mit "kleinen Probenvolumina" erheblich eingeschränkt hat. Genauer gesagt, ist das Reaktionsvolumen einer Vorrichtung gemäß dieser Erfindung, das heißt das Reagenz- /Probenvolumen, wo eine optische Absorption zu der detektierten Wärmeänderung beiträgt, selbst im Vergleich zu dem kleinen Probenvolumen klein.
Die beschriebene Vorrichtung bietet auch verbesserte kinetische Eigenschaften, insbesondere eine Vermeidung von inhomogenen Farbveränderungen, die - bei spielsweise - von einer unvollständigen Vermischung des Reagenz/der Probe herrühren. Etablierte Teststreifenvorrichtungen mit großer Oberfläche erfordern komplizierte Probenmisch- und Probenverteilungsverfahren, falls reproduzierbare Resultate erzielt werden sollen. Außerdem können bei diesen und anderen chemischen Geräten und Biosensorgeräten Probleme dort auftauchen, wo der Test einen erheblichen Verbrauch des zu bestimmenden Stoffes beinhaltet. Beispiele solcher Tests sind amperometrische elektrochemische Sensoren, enzymgekoppelte Tests, Enzymelektroden und gewisse Affinitätsreaktionen. Dort, wo es keinen sorgfältigen und kontinuierlichen Rührvorgang gibt, können fehlerbehaftete Resultate von einer Erschöpfung des zu bestimmenden Stoffes in der nicht umgerührten bzw. vermischten Schicht proximal bzw. in der Nähe der Geräteoberfläche herrühren. Das sehr kleine Reaktionsvolumen, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, vermeidet solche Schwierigkeiten.
Diese Erfindung kann ohne weiteres Mehrfachtests an derselben Probe bereitstellen. Der Darstellung halber wird der Bezug nun gerichtet auf die Fig. 3.
Bei diesem Beispiel umfasst ein Testelement 50 - das entsorgbar sein kann bzw. weggeschmissen werden kann - ein inertes Substrat 52 von rechteckförmiger Form. An einem Ende ist der Streifen 52 mit elektrischen Steckern 54 versehen, die es · ermöglichen, dass das Testelement in eine Testvorrichtung eingesteckt werden kann. Das Substrat 52 trägt einen pyroelektrischen Streifen 56 in der Form einer PVDF-Schicht bzw. eines PVDF-Films. Diese PVDF-Schicht kann, wie in Fig. 3 gezeigt, auf dem Substrat 52 abgelagert sein; alternativ kann die PVDF-Schicht über ein Fenster gespreizt werden, das in das Substrat hineingeschnitten ist.
Der pyroelektrische Streifen 56 trägt obere und untere Dünnschichtelektroden 58 und 60. Auf der oberen Oberfläche ist ein Probenbeschickungspunkt 60 definiert und innerhalb dieses Punktes sind fünf verschiedene Reagenzbereiche 62 vorgesehen.
Das Testelement 52 kann bei einer von Hand zu haltenden Testvorrichtung verwendet werden, wie diese in Fig. 4 gezeigt ist. Bezugnehmend auf diese Figur ist ein Gehäuse 70 mit einem Schlitz 72 versehen, in den das Testelement 50 durch eine Gleit- bzw. Schiebebewegung in Eingriff gebracht werden kann. Intern stellt das Gehäuse einen Stirnseitenstecker 54 bereit, der ausgelegt ist, so dass dieser zu den elektrischen Steckern 54 auf dem Testelement 50 passt. Eine LED-Lichtquelle, die schematisch bei 76 gezeigt ist, ist innerhalb des Gehäuses 70 positioniert, so dass diese mit dem Probenpunkt 60 fluchtet, wenn das Testelement 50 sich in vollständigem Eingriff befindet.
Die Testvorrichtung enthält eine batteriegespeiste Schaltung (nicht gezeigt), die für die modulierte Signalquelle sorgt, einen Ladungsverstärker und einen phasenstarren Verstärker, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben. Außerdem ist ein Mikroprozessor vorgesehen, der von einer kommerziell erhältlichen Form sein kann und der geschaltet ist, um das Ausgangssignal des phasenstarren Verstärkers zu empfangen und - über einen geeigneten Gerätetreiber - ein Display 78 anzusteuern.
Das Testelement 50 kann, falls zweckmäßig, von einer Einwegform bzw. entsorgbar sein, wobei dies Probleme einer Kontamination und einer Reinigung von möglicherweise gefährlichen Probenmaterialien beseitigt. Die Anordnung, mit deren Hilfe ein zuvor vorbereitetes Testelement, nachdem dieses mit einem Probentropfen in Berührung gekommen ist, einfach in die Testvorrichtung gedrückt wird, zieht Nutzen aus der Einfachheit, die dieser Erfindung inhärent ist, und bietet erhebliche praktische Vorteile, ohne dass dies zu Lasten der experimentellen Genauigkeit ginge.
Die verschiedenen Reagenzbereiche 62 können, wie dies später ausführlicher beschrieben werden wird, sequenziell unter Verwendung im Wesentlichen eines gemeinsamen Messwandlers bestrahlt bzw. beleuchtet werden oder gleichzeitig mit den Elektrodenschichten und einer PVDF-Schicht, die dann so ausgelegt ist, um im Wesentlichen getrennte Messwandler für die jeweiligen Reagenzbereiche tatsächlich bereitzustellen.
Die Möglichkeit, mehrere Tests an derselben Probe auszuführen, ist auf eine Anzahl von Arten nützlich. Ganz klar wird die Verwendung von verschiedenen Reagenzien die gleichzeitige Ausführung von zwei oder mehr verschiedenen Testverfahren ermöglichen. Dies ist insbesondere dort von Nutzen, wo die Menge an zur Verfügung stehender Probe begrenzt ist. Es ist auch möglich, für eine automatische Kompensierung durch Vergleich zwischen verschiedenen Reagenzstreifen zu sorgen. Dieses Verfahren kann dazu verwendet werden, um jegliche Änderung von Gerät zu Gerät oder Charge zu Charge bei der Herstellung zu kompensieren oder um eine störende physikalische Änderung zu kompensieren (beispielsweise eine thermische, akustische oder optische), es wird auch möglich sein, für eine "eingebaute" Reagenzkalibrierung dadurch zu sorgen, dass interne Normen bzw. Standards für einen zu bestimmenden Stoff in einer Reagenzschicht berücksichtigt werden, um jeglichen biochemischen Störeffekt zu kompensieren oder die Abweichungen hinsichtlich der Reagenzien auszugleichen.
Die Erfindung wird auch Anwendung auf dem Gebiet der Elektrophorese haben. Gegenwärtig wird eine Probe in Form eines Gels zwischen Glasplatten gegeben oder auf ein geeignetes Substrat aufgebracht und, nachdem die Elektrophorese stattgefunden hat, mit geeigneten Farbstoffen eingefärbt. Die getrennten Komponenten können dann visuell identifiziert werden oder eine Analyse kann automatisch unter Verwendung eines scannenden optischen Densitometers ausgeführt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Gel direkt auf die PVDF-Schicht aufgebracht und, nachdem die Elektrophorese stattgefunden hat, wird eine Absorption in einer Art und Weise bestimmt, die analog zu der vorstehend beschriebenen ist.
Bezugnehmend nun auf Fig. 5 ist ein Teststreifen 80 gezeigt, der zur Verwendung bei einer elektrophoretischen Analyse geeignet ist. Das Testelement 80 hat, wie auch das gemäß Fig. 3, eine Substrat 82 mit elektrischen Steckern 84. Das Substrat trägt einen länglichen pyroelektrischen Streifen 86, der (im Gegensatz zu der vorherigen Anordnung) mit einer Elektrodenschicht 88 nur auf der Unterseite versehen ist. Die Elektrodenschicht umfasst zwei verschachtelte Elektrodenstrukturen mit abwechselnd parallelen Elektrodenstreifen, beispielsweise 90 und 92, die zu verschiedenen Elektrodenstrukturen "gehören". Auf diese Weise kann ein elektrisches Feld, das in der pyroelektrischen Schicht über einen Bereich, der in seiner Dimension vergleichbar zu dem Elektrodenabstand ist, erzeugt wird, als eine Potenzialdifferenz über die jeweiligen Elektrodenstrukturen detektiert werden.
Die pyroelektrische Schicht 86 trägt auf ihrer oberen Oberfläche eine Schicht eines elektrophoretischen Trenngels 94. Ein Trog 95 ist in das Gel bei einem Probenbeschickungspunkt 96 eingeschnitten. An entgegengesetzten Enden sind Feldelektroden 97 innerhalb des Gels vorgesehen, die parallel zu den Elektrodenstreifen 90, 92 liegen. Die Elektroden 97 sind über weitere Leitungen mit den elektrischen Steckern 84 verbunden.
Im Einsatz wird eine Probe, die bei dem Probenbeschickungspunkt 96 aufgebracht wird, durch den Trog 95 in das elektrophoretische Gel geladen und unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes, das über die Elektroden 97 angelegt wird, werden Spezies innerhalb der Probe entlang des Streifens wandern, um getrennte Bänder auszubilden, wie dies bei 99 dargestellt ist. Anschließend kann das Testelement in eine Testvorrichtung gebracht werden, wie sie vorstehend beschrieben wurde, zur Bestimmung der Bandposition durch Lichtabsorption. Ein typisches Beispiel für dieses Verfahren ist die rasche Detektion eines glykosilierten Hämoglobins. Dieser Test ist als nützliche Maßnahme bekannt, um zu bestimmen, ob Diabetiker ihre Blutzuckerwerte effizient kontrollieren, weil eine Proteinglykosilierung den Blutzuckerwert in dem Blut über einen Zeitraum von Wochen oder Monaten widerspiegelt, was prinzipiell von der Halbwertszeit des Proteins im Blut abhängt. Ein Blutzuckertest sorgt natürlich nur für einen Messwert für augenblickliche Blutzuckerwerte. Bei dieser Anwendung ist die natürliche rote Farbe von Hämoglobin ohne Blutfleckbildung detektierbar. Glykosilierte Fraktionen können elektrophoretisch mit Hilfe einer Vielzahl von etablierten Techniken getrennt werden, die beispielsweise eine Elektroendoosmose in einem Agarmedium oder eine unterschiedliche Affinität der glykosilierten Form unter Verwendung von Zucker bindenden Lectinen oder Antikörpern beinhalten, die an das Trennmedium gebunden sind.
Eine Identifizierung der Position der getrennten Bänder unter Verwendung der Detektion einer lokalisierten Wärmeerzeugung auf eine Lichtabsorption in den Bändern hin sorgt für ein sehr einfaches Verfahren zur Detektierung von glykosiliertem Hämoglobin und eine große Vielzahl von anderen elektrophoretischen Analyseverfahren. Diese können natürlich gefärbte oder blutgefärbte, zu analysierende Stoffe und jegliches geeignete Trennverfahren beinhalten. Falls dies zweckmäßig ist, kann die elektrophoretische Trennung gleichzeitig mit der Bestimmung der Bandposition ausgeführt werden. Das heißt, dass die von Hand gehaltene Testvorrichtung oder eine andere Testvorrichtung die Quelle für eine höhere Spannung beinhalten kann, die für die Elektrophorese-Feldelektroden erforderlich ist, gemeinsam mit der geeigneten Zeitsteuerung.
Eine Detektion der Position von elektrophoretisch getrennten Bändern erfordert, wie dies auch bei dem Multitest für zu bestimmende Stoffe der Fall war, der unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschrieben wurde, ein Maß an räumlicher Auflösung. Beispiele von Techniken, mit deren Hilfe für eine solche räumliche Auflösung gesorgt werden kann, werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 6, 7 und 8 beschrieben werden.
Bezugnehmend zunächst auf die Fig. 6a), ist schematisch ein Teststreifen 100 gezeigt, der einen pyroelektrischen Bereich 102 aufweist, der mit fünf getrennten Reagenzbereichen versehen ist, wie beispielsweise 104. Wie in Fig. 6b) gezeigt ist, weist die pyroelektrische Schicht 102 kontinuierliche Elektrodenschichten 106, 108 auf ihrer oberen bzw. unteren Oberfläche auf. Diese zwei Elektrodenschichten sind über Leitungen 110 mit einem elektrischen Stecker 112 verbunden, der ein einfaches Paar von Kontakten umfasst.
Bei dieser Ausführungsform gibt es im Wesentlichen ein gemeinsames Messwandlerelement, das die fünf Reagenzbereiche bedient. Damit getrennte Bestimmungen von verschiedenen zu analysierenden Stoffen vorgenommen werden können, umfasst die Lichtquelle eine Matrix von fünf getrennten LEDs 114, die jeweils mit den Reagenzbereichen fluchten und sequenziell angeschaltet werden. Falls erforderlich, kann eine geeignete Maske zwischen das Testelement und die Diodenmatrix eingeführt werden, um so ein Übersprechen zu beseitigen.
Man würde erkennen, dass auf diese Weise der gemeinsame Messwandler, der durch die pyroelektrische Schicht und ihre zugehörigen Elektroden repräsentiert ist, tatsächlich gemeinsam für Reagenzien genutzt wird, die auf die verschiedenen zu bestimmenden Stoffe ansprechen. Die sequenzielle Bestrahlung von verschiedenen Bereichen des Testelements kann natürlich auf eine Vielzahl von Arten über die beschriebene Diodenmatrix hinaus erreicht werden. Eine Alternative würde beispielsweise eine einzige Lichtquelle verwenden, die optisch zwischen fünf optische Fasern hin- und hergeschaltet wird, die jeweils in der Nähe des entsprechenden Reagenz enden.
Bezugnehmend nun auf die Fig. 7a) und 7b) ist eine Modifikation gezeigt, bei der die obere Elektrode in getrennte Elektrodenbereiche unterteilt ist, wie beispielsweise 106¹, 106² und 106³, die sich unterhalb der jeweiligen Reagenzbereiche 104 befinden und über individuelle Leitungen 110 mit dem elektrischen Stecker 112 verbunden sind. In diesem Fall umfasst der Stecker sechs Kontakte, die jeweils mit den fünf oberen Elektrodenbereichen und der unteren Elektrodenschicht 108 verbunden sind. Bei dieser Anordnung kann eine einzige Diode 114 dazu verwendet werden, um sämtliche fünf Reagenzbereiche gleichzeitig zu beleuchten. Die Unterteilung der oberen Elektrodenschicht stellt fünf tatsächlich getrennte Messwandler bereit, die jeweils Wärme detektieren, die auf die Absorption innerhalb des entsprechenden Reagenz hin erzeugt wird.
Noch eine weitere Alternative wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8a) und 8b) beschrieben werden, die einen Teststreifen 100 zeigen, der für eine elektrophoretische Trennung ausgelegt ist. Die pyroelektrische Schicht trägt (wie dies auch bei der Anordnung gemäß Fig. 5 der Fall ist) eine Schicht eines Elektrophorese- Trenngels 120, das die elektrophoretische Trennung von Bändern ermöglicht, beispielsweise dem bei 122 gezeigten. Die Unterseite der pyroelektrischen Schicht 102 trägt zwei verschachtelte Elektrodenstrukturen, die über Leitungen 110 mit einem elektrischen Stecker 112 verbunden sind, der ein einfaches Paar von Kontakten umfasst. Wie auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5, sind alternierende parallele Elektrodenstreifen, wie beispielsweise 124 und 126, mit gegenüber liegenden Elektrodenstrukturen verbunden. Mittel (nicht gezeigt) sind vorgesehen, um die elektrischen Elektrophoresefelder zu erzeugen.
Um für die erforderliche räumliche Auflösung zu sorgen, ist eine scannende bzw. abtastende Lichtquelle in Form einer LED bzw. lichtemittierenden Diode 114 vorgesehen, die entlang des Streifens 100 bewegt werden kann. Die zeitliche Variierung des Ausgangssignals von dem tatsächlich gemeinsamen Messwandler sorgt somit für eine Messung der optischen Dichtevariation durch die Bandstruktur.
Man wird erkennen, dass die scannende Lichtquelle auf eine Vielzahl von anderen Arten bereitgestellt werden kann; ein Beispiel verwendet eine feste Laserdiode, die einen Strahl erzeugt, der über die Bandstruktur gescannt bzw. getastet wird.
Man sollte erkennen, dass die Anordnungen gemäß den Fig. 6, 7 und 8 nur als Beispiele gewählt wurden. Es wäre möglich, beispielsweise bei dem elektrophoretischen Testelement gemäß Fig. 8 die räumliche Diodenmatrix gemäß Fig. 6 zu verwenden. In diesem Fall würde jedoch eine lineare anstatt eine rechteckige Matrix ausreichen. Es wird auch möglich sein, bei den Anordnungen gemäß Fig. 6 und Fig. 7 (und in der Tat bei anderen Formen dieser Erfindung) die verschachtelte Elektrodenstruktur gemäß Fig. 8 zu verwenden. Der Vorteil, wenn man Elektroden auf nur einer Seite der pyroelektrischen Schicht hat, besteht - bei der Elektrophorese - darin, dass eine Elektrode in der Nähe des Trenngels dazu neigen würde, das angelegte elektrische Trennfeld kurzzuschließen. Es gibt jedoch den allgemeineren Vorteil, dass man auf der oberen Oberfläche der pyroelektrischen Schicht keine Elektrode hat, was dazu führt, dass die thermische Leitfähigkeit reduziert wird, die ansonsten dazu neigen würde, erzeugte Wärme zu zerstreuen und die räumliche Auflösung des Geräts zu reduzieren.
Bei einer anspruchsvolleren Anordnung kann eine räumliche Elektrodenmatrix so ausgelegt sein, um eine Fourier- oder Hadamard-Transformation zu ermöglichen, um eine Auflösung zu verbessern.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung ist experimentell bei Verwendung von verschiedenen Konzentrationen von Aluminiumionen mit vier verschiedenen Geräten bei variierenden Lichteinfallsleistungswerten untersucht worden. In Fig. 9 ist eine Kurve des Ausgangssignals des Messwandlers in Minivolt aufgetragen gegen eine millimolare Konzentration von Aluminiumionen gezeigt. Wie dargestellt ist, wurden Messungen bei verschiedenen Lichteinfallsleistungswerten vorgenommen und mit verschiedenen Geräten, die mit 1 bis 4 durchnummeriert sind. Man wird erkennen, dass es für jedes Gerät und jeden Lichtemfallsleistungswert eine lineare Beziehung zwischen der Konzentration und dem Ausgangssignal des Messwandlers gibt.
Durch Berechnung aus den Datenwerten von Fig. 9 kann man einen Messwert erhalten für die detektierte Menge von Aluminium in Molen. Eine erneute Auftragung der berechneten Datenwerte in Fig. 10 zeigt, dass es für eine bestimmte Konzentration von Aluminiumionen und somit für einen bestimmten Absorptionskoeffizienten eine lineare Beziehung zwischen der Lichteinfallsleistung und einem gemessenen Ausgangssignal des Messwandlers gibt.
Bezugnehmend auf Fig. 11 ist schematisch ein Messwandler dargestellt, der ein Thermopaar enthält. Der Messwandler liegt in Form eines Blattes mit einem geeigneten polymeren Substrat 200 vor. Parallele Streifen aus Platin 202 und Platin/Rhodium 204 sind in Paaren angeordnet, wobei die Streifen von jedem Paar über den Großteil ihrer Länge in elektrischem Kontakt miteinander stehen. In Richtung ihrer rechten Enden trennen sich die Streifen 202, 204 von jedem Paar auf, um elektrische Kontakte 206 auszubilden. Externe Stecker 208 und 210 sind aus Platin bzw. Platin/Rhodium, um zu vermeiden, dass zusätzlich ungleiche Metallübergänge eingeführt werden. Bei der Verbindung 208 ist ein Referenzübergang mit einem Brückenstück 212 aus Platin/Rhodium ausgebildet. Verbindungen erfolgen von einem Brückenstück 212 und einem Stecker 210 mit einem Voltmeter (nicht gezeigt). Man wird erkennen, dass, wenn der Referenzübergang im Wesentlichen auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, Temperaturänderungen an dem Übergang zwischen den Streifen 202 und 204 als Spannungsänderung detektiert werden können. Die restlichen Paare von Streifen können entweder parallel zu dem Messwandler geschalten werden, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist, oder können mit individuellen externen Verbindungen bzw. Steckern und Referenzübergängen versehen werden. Die letztgenannte Alternative wird, was man verstehen wird, für eine räumliche Auflösung einer Wärmeerzeugung über die Oberfläche des Messwandlers sorgen.
Die Streifen aus Platin und Platin/Rhodium können ausreichend dünn abgeschieden werden, um Licht durchzulassen.
Die Erfindung denkt weiter die Detektion einer Energieabsorption in der Nähe der Oberfläche des Messwandlers auf Grund der mechanischen Energie an, die von einer lokalisierten thermischen Ausdehnung herrührt. Ein piezoelektrischer Messwandler kann folglich dazu verwendet werden, um eine mechanische Verformung zu detektieren. Ein wärmekapazitiver Messwandler kann durch die Änderung der Kapazität betrieben werden, die von einer mechanischen Verformung eines kleinen Plattenkondensators herrührt. Es sollte hier auch erwähnt werden, dass ein wärmekapazitiver Messwandler dazu verwendet werden kann, um eine temperaturabhängige Änderung der Dielektrizitätskonstanten eines dielektrischen Materials zu fühlen bzw. zu detektieren. Die mechanische Energie kann außerdem durch einen magnetostriktiven Effekt oder durch einen optomechanischen Effekt detektiert werden, beispielsweise durch die Erzeugung von freien Radikalen auf die Umwandlung einer intensiven, lokalisierten, mechanischen Energie hin.
Die elektrische Schaltung, die benötigt wird, um das Ausgangssignal des Messwandlers zu verarbeiten, wird natürlich von der Art des Messwandlers abhängen. Eine Form von phasenempfindlichem Detektor, der an die Modulation des Lichts oder einer anderen Strahlungs- bzw. Beleuchtungsquelle gekoppelt ist, wird für gewöhnlich bevorzugt werden.
Bei besonderen Formen des Verfahrens gemäß dieser Erfindung kann Vorteil gezogen werden aus der Elektrodenstruktur, die dazu verwendet wird, um das Ausgangssignal des Messwandlermittels abzuleiten, um eine Spannung oder einen Strom an das Probenreagenz anzulegen. Somit könnte bei einem Beispiel eine Elektrophorese mit einem elektrischen Feld ausgeführt werden, das durch dieselben Elektroden angelegt wird, die anschließend dazu verwendet werden, um das Ausgangssignal des Messwandlers zu erzeugen. Das Elektrodenmittel könnte auch dazu verwendet werden, um separierte Fraktionen des Elektrophoresegels elektrisch zu eluieren bzw. zu verdünnen, und mit geeigneten Elektrodenmustern könnte es dazu verwendet werden, um spezielle Bänder elektrisch zu eluieren, die mit Hilfe einer fotothermischen Detektion innerhalb eines automatisierten Messsystems identifiziert werden.
Weitere Beispiele der Verwendung eines Elektrodenmittels bei Schritten zur Probenpräparation, -manipulation oder -verarbeitung umfassen das Anlegen oder Detektieren von elektrochemischen Potenzialen in spektroelektrochemischen Testverfahren; eine Freigabe von intrazellulären, zu bestimmenden Stoffen durch Anlegen von hohen Spannungen, um Zellen permeabel zu machen; die Erhöhung der Wechselwirkungsrate von Makromolekülen durch Verwendung von elektrischen Wechselstromsignalen mit niedriger Amplitude und durch Förderung der Aggregation von Makromolekülen (beispielsweise Antikörper/Antigen) unter Verwendung geeigneter elektrischer Felder.
Für den Fall, dass das Messwandlerelement einen piezoelektrischen Effekt zeigt, wie dies beispielsweise bei PVDF bzw. Vinylidenpolyfluorid der Fall ist, können Spannungen an die Elektrodenmittel angelegt werden, um eine mechanische Arbeit an der Probe zu verrichten. Somit kann in geeigneten Fällen die Reaktionsrate durch Ultraschallbestrahlung der Probe und des Reagenz erhöht werden, können Proben- oder Reagenzteilchen in höherfrequenten akustischen Feldern manipuliert werden, um eine Interferenz bzw. Störung zu separieren oder um wechselwirkende Teilchen zu konzentrieren oder um Zellen oder andere Teilchen unter Verwendung von kavitierenden Feldern und Oberflächenschereffekten zu stören.

Claims

1. Biochemische Analysevorrichtung, die einen kolorimetrischen Effekt verwendet, um eine Anzeige von einem oder mehreren zu bestimmenden Stoffen (Analyt) in einer Probe bereitzustellen, wobei die Vorrichtung umfasst zumindest einen Reagenzkörper und einen Festkörper-Messwandler, der ein pyroelektrisches Element umfasst und für Licht bei einer Einstrahlungsfrequenz im Wesentlichen transparent ist, wobei das Messwandlerelement Elektrodenmittel und eine Oberfläche aufweist, wobei auf der Oberfläche des Messwandlers der zumindest eine Reagenzkörper festgelegt bzw. immobilisiert ist, wobei das Reagenz eine kolorimetrische Änderung in der Gegenwart des zu bestimmenden Stoffes durchmacht, wobei das Messwandlerelement ausgelegt ist, um einen Probenkörper auf der Oberfläche zu empfangen, wobei das Volumen des Reagenz klein ist im Vergleich zu dem Volumen der Probe, und ausgelegt ist, um ein Ausgangssignal an den Elektrodenmitteln bereitzustellen, das indikativ für eine Energieabsorption nahe der Oberfläche ist; ein Mittel zum Bestrahlen bzw. Beleuchten der Probe durch das Messwandlerelement hindurch mit Licht bei der Einstrahlungsfrequenz, so dass durch Lichtabsorption Wärme in einem Ausmaß erzeugt wird, das repräsentativ für den Effekt ist, sowie Verarbeitungsmittel, um das Ausgangssignal des Messwandlers zu empfangen, und das ausgelegt ist, um daraus Information betreffend den zu bestimmenden Stoff abzuleiten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der auf der Oberfläche des Messwandlers eine Anzahl von verschiedenen Reagenzkörpern vorgesehen sind, wobei zumindest einige der Reagenzkörper auf verschiedene zu bestimmende Stoffe in der Probe ansprechen können.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der auf der Oberfläche des Messwandlers eine bekannte Konzentration einer Substanz vorgesehen ist, auf die einer der Reagenzkörper ansprechen kann, um so eine Kalibrationsinformation bereitzustellen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei der das Messwandlerelement eine Anzahl von Messwandlerelementabschnitten umfasst, die jeweils den Reagenzkörpern zugeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 und 4, bei der das Mittel zum Bestrahlen ein Mittel zum sequenziellen Bestrahlen der Reagenzkörper umfasst.

6. Verfahren zur biochemischen Analyse einer Probe unter Verwendung der biochemischen Analysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass ein Probenkörper auf der Oberfläche eingerichtet bzw. aufgebracht wird; dass die Probe durch das Messwandlerelement hindurch mit Licht bei der Einstrahlungsfrequenz bestrahlt wird, so dass durch Lichtabsorption Wärme in einem Ausmaß erzeugt wird, das repräsentativ für einen kolorimetrischen Effekt ist; und dass das Ausgangssignal des Messwandlers überwacht wird, um durch Bestimmung der Wärmeerzeugung auf bzw. nahe der Oberfläche Information betreffend den zu analysierenden Stoff (Analyt) abzuleiten.

7. Verfahren nach Anspruch 6, mit dem weiteren Schritt, dass auf der Oberfläche des Messwandlers eine elektrophoretische oder ähnliche Trennschicht vorgesehen wird, und nach der Einrichtung bzw. dem Aufbringen eines Körpers einer Probe auf der Oberfläche den Schritt, dass eine Trennung von Spezies innerhalb der Probe in der Ebene der Trennschicht bewirkt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem der Überwachungsschritt ausgelegt ist, um für eine räumliche Auflösung der Wärmeerzeugung über die Oberfläche zu sorgen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Bestrahlungsschritt die sequenzielle Bestrahlung von verschiedenen Bereichen der Oberfläche umfasst.

10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Messwandlermittel eine Anzahl von Messwandlern umfasst, die sich die Messwandleroberfläche teilen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, mit dem weiteren Schritt, dass vor oder gleichzeitig mit dem Bestrahlungsschritt ein elektrisches Feld an die Probe angelegt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem die Messwandleroberfläche mit einer Anzahl von verschiedenen Reagenzkörpern versehen wird und bei dem das Ausgangssignal des Messwandlers durch eine räumlich aufgelöste Bestimmung der Wärmeerzeugung auf bzw. nahe der Oberfläche überwacht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Bestrahlungsschritt die sequenzielle Bestrahlung von verschiedenen Bereichen der Oberfläche umfasst.

14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Messwandlerelement eine Anzahl von diskreten Messwandlerelementabschnitten umfasst, die sich die Messwandleroberfläche teilen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend eine Anzahl von austauschbar angeordneten Testelementen, die jeweils eine transparente Messwandlerfolie bzw. -schicht, die das Messwandlerelement ausbildet, sowie elektrische Kontaktmittel umfassen, die auf der Folie bzw. Schicht ausgebildet sind und mit den Elektrodenmitteln verbinden, wobei auf der transparenten Messwandlerschicht von jedem Testelement zumindest ein Reagenzkörper festgelegt bzw. immobilisiert wird; ein Gehäuse; elektrische Kontaktmittel zum Bewirken einer elektrischen Verbindung mit den elektrischen Kontaktmitteln des Testelements; ein Lichtquellenmittel zum Beleuchten des Probenkörpers durch das Testelement hindurch sowie ein Verarbeitungsmittel, das mit den elektrischen Kontaktmitteln verbunden ist, um das Messwandlersignal zu empfangen, und das ausgelegt ist, um daraus eine Information über einen zu bestimmenden Stoff in Bezug auf die Probe bereitzustellen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der eine Anzahl von verschiedenen Reagenzabschnitten auf der Messwandlerfolie bzw. -schicht vorgesehen sind, wobei die Reagenzien ausgelegt sind, um eine kolorimetrische oder eine andere optisch detektierbare Änderung durchzumachen, die indikativ für die jeweils zu bestimmenden Stoffe in der Probe ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, bei der auf der Messwandlerfolie bzw. -schicht eine elektrophoretische oder andere Trennschicht vorgesehen ist, wobei das Testelement außerdem Elektrodenmittel umfasst, um ein elektrisches Feld innerhalb der Schicht einzurichten.