DE60037268T2

DE60037268T2 - Verfahren zur durchführung magnetischer chromatographischer assays

Info

Publication number: DE60037268T2
Application number: DE60037268T
Authority: DE
Inventors: Christopher Laguna Beach FEISTEL
Original assignee: Wavesense Inc
Current assignee: Wavesense Inc
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2020-10-06
Also published as: EP1226434A4; AU772407B2; US6713271B1; US20020094548A1; DK1226434T3; JP2003512625A; WO2001029559A1; EP1226434A1; NO20021744D0; DE60037268D1; EP1226434B8; AU1073401A; NO331708B1; US6136549A; NO20021744L; EP1226434B1; US6991912B2; JP4683806B2; CA2387788A1; CA2387788C

Description

Hintergrund der Erfindung
Ligand-Rezeptor-Assays oder Analysen oder Immunoassays sind in der Technik gut bekannt. Seit ihrer Einführung im Jahr 1971 wurden derartige Assays in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, um winzige Mengen von Hormonen, Drogen, Antikörpern und anderen Substanzen festzustellen, von denen angenommen wird, dass sie in einer vorgegebenen Flüssigkeitsprobe enthalten sind. In dieser Hinsicht haben es Forscher, die mit Enzymen, Antikörpern, Gen-Proben und anderen Reagenzien ausgerüstet sind, es ermöglicht, chemische Detektionsschemas für nahezu jede interessierende Verbindung in einer großen Vielzahl von Anwendungen zu schaffen. Beispiele dieser Anwendungen sind: kommerzielle Erzeugung von pharmazeutischen Präparaten und Nahrungsmitteln; Nahrungsmittel-Sicherheit; Diagnose und Behandlung von Krankheiten in medizinischen, tiermedizinischen und landwirtschaftlichen Umgebungen; und Erkennung und Beseitigung von Toxinen in der Umgebung. Allen diesen Anwendungen ist die Forderung gemeinsam, dass die chemische Detektion in einer sehr schnellen, zuverlässigen und kosteneffektiven Weise durchgeführt wird.
Allgemein wurden Bioassay-Schemas in Formaten entwickelt und im Handel vertrieben, die für die Verwendung in Laboratorien geeignet sind, die mit einer Altzweck-Instrumentierung ausgerüstet sind. Beispiele dieser Formate schließen Immunoassay und DNA-Hybridisierung ein, die in Testläufen, Küvetten, Mikrotiter-Platten, Säulen und elektrophoretischen Gelen ausgeführt werden. Diese Formate schließen üblicherweise aufwändige Betriebsverfahren ein und erfordern eine häufige Kalibrierung unter Verwendung verschiedener Kalibrierungseinrichtungen, die den interessierenden Analyten mit unterschiedlichen Konzentrationen enthalten. Als Folge hiervon begrenzen die hohen Kosten und die Kompliziertheit der Betriebsweise, die mit derartigen Formaten verbunden ist, eine weit verbreitete Nutzung hiervon.
Um diese Nachteile zu beseitigen, ersetzen Entwickler und Endbenutzer von Immunoassays zunehmend konventionelle Bioassay-Formate, die Teströhrchen, Küvetten, Mikrotiter-Platten, Säulen und elektroforetische Gele verwenden, durch Dünnfilm-Chromatografieeinrichtungen, die als Teststreifen bekannt sind. Wie dies in der Technik bekannt ist, sind die meisten Teststreifen, die für die immunchemische Detektion von Verbindungen verwendet werden, so genannte Teststreifen mit lateraler Strömung, bei der die Probe und die Reagenzien in der Ebene des Teststreifens strömen. In vorteilhafter Weise können Assays, die in einem Teststreifenformat konfiguriert sind, schnelle Testergebnisse erzeugen, sind einfacher zu betreiben und sie sind kosteneffektiver, als konventionelle Formate. Zusätzlich können derartige Teststreifen-Assays von ungelernten Laborpersonen verwendet werden, und sie können Ergebnisse an Ort und Stelle (das heißt außerhalb einer Laboreinrichtung) erzeugen.
Allgemein beruhen derartige Assays auf dem Binden von Analyten durch Rezeptoren, um die Konzentration derartiger Analyten in einer vorgegebenen Probe zu bestimmen, und sie werden entweder als konkurrierend oder nicht-konkurrierend charakterisiert. Nicht-konkurrierende Assays verwenden allgemein Rezeptoren in erheblichem Überschuss gegenüber der Konzentration von in dem Assay zu bestimmenden Analyten. Typische Beispiele derartiger nicht-konkurrierender Immunoassays schließen Sandwich-Assays ein, die das Vorhandensein des Analyten durch Binden von zwei Rezeptoren an diesen feststellen. Bei einer derartigen Anordnung wird der erste Rezeptor, der typischerweise ein Antikörper ist, an einer festen Phase derart gebunden, dass wenn der Analyt vorhanden ist, dieser Analyt hieran gebunden wird. Ein zweiter Rezeptor mit einem kovalent daran angebrachten Etikett, das einen radioaktiven, fluoreszenten, enzymatischen, Farbstoff- oder anderen detektierbaren Anteil umfassen kann (die insgesamt als Indikatoren bezeichnet werden), wird in den Assay eingeführt, der sich entsprechend an dem gebundenen Linganden in dem Ausmaß bindet, in dem der Ligand vorhanden ist, und erzeugt danach ein Signal, das dem Vorhandensein eines derartigen Liganden entspricht. Wenn die Probe die interessierenden Moleküle nicht enthält, wird der markierte Rezeptor an dem unbeweglich festgelegten Rezeptor vorbeibewegt, ohne dass eine Reaktion auftritt, wodurch als Folge keine Änderung der Membran hervorgerufen wird. Derartige nicht-konkurrierende Immunoassays sind hauptsächlich für die Detektion großer Moleküle nützlich, wie z. B. Proteine, großer Hormone oder Moleküle, die mehrfache Bindungsstellen aufweisen, z. B. humanes chorionales Gonadotropin (HCG), und wirken typischerweise nicht mit kleinen Molekülen, die lediglich eine Bindungsstelle haben.
Konkurrierende Assays beinhalten im Gegensatz hierzu allgemein eine Konkurrenz zwischen einem in einer vorgegebenen Probe enthaltenen Liganden und einem Linganden-Analogon, mit dem ein Indikator/Etikett kovalent verbunden ist, um eine Detektion einer begrenzten Anzahl von Bindungsstellen zu ermöglichen, die von dem Ligand-Rezeptor bereitgestellt werden, der typischerweise einen mit einer festen Phase gebundenen Antikörper umfasst. Derartige Assays sind insbesondere zur Detektion kleinerer Moleküle, wie z. B. Drogen und Drogen-Metaboliten, geeignet. In diesem Zusammenhang werden Drogen-Analogons verwendet, die kovalent mit einem Protein gebunden sind, das dann auf einer Membran immobilisiert wird. Ein für die Droge spezifischer Antikörper wird dann markiert und auf einem porösen Kissen immobilisiert. Wenn eine Probe hinzugefügt wird, von der vermutet wird, dass sie einen vorgegebenen Analyten enthält, löst eine derartige Probe den markierten Antikörper auf und bringt ihn in Kontakt mit dem immobilisierten Drogen-Protein-Bereich. Wenn sich nur eine geringe Menge an oder keine Droge in der Probe befindet, wird eine große Menge des markierten Antikörpers an dem immobilisierten Drogen-Protein-Bereich gebunden, was entsprechend ein detektierbares Signal erzeugt. Wenn die Probe eine hohe Menge der Droge enthält, so wird nur eine geringe oder keine Menge des markierten Antikörpers an dem immobilisierten Drogen-Protein-Bereich gebunden und dies ergibt andererseits ein geringes oder kein Signal.
Heute bestehen Schnell-Immunoassays allgemein aus einer mit Klebemittel bedeckten Kunststoff-Unterlage, auf der mehrere poröse Kissen und ein Stück einer Protein bindenden Membran angebracht sind. Die Membran enthält typischerweise einen Abschnitt, der mit einem Bindungspartner (das heißt einem Rezeptor oder Ligand-Analogon) imprägniert wurde. Ein zweites Kissen ist typischerweise vorgesehen, das ein markiertes Ziel-Molekül oder eine markierte Antikörper-Protein-Bindungsmembran enthält. Wenn eine Probe, von der angenommen wird, dass sie einen Ziel-Liganden enthält, mit dem Immunoassay in Kontakt gebracht wird, so löst diese Probe das markierte Element oder den Indikator, und die Kapillarwirkung der Protein bindenden Membran zieht nachfolgend die Probe mit dem darin gelösten Indikator in Kontakt mit dem imprägnierten Bindungspartner. Wenn diese Reaktion auftritt, ergibt sich eine Änderung des Aussehens der Bindungsmembran, wobei die Differenz eine qualitative Anzeige des Vorhandenseins oder Fehlens des Liganden ergibt, von dem angenommen wird, dass er in dieser Probe enthalten ist.
Typische Beispiele dieser Form von Teststreifen sind diejenigen, die optisch zwei parallele Linien (die als Fanglinien bekannt sind) auf einer Testmembran zeigen. Fanglinien bestehen aus immobilisierten Einfang-Reagenzien oder Rezeptoren, die vorher während ihrer Herstellung auf die Testmembran aufgebracht wurden. In dieser Hinsicht setzen praktisch alle bekannten Assays unabhängig davon, ob sie konkurrierend oder nicht-konkurrierend sind, typischerweise einen Rezeptor ein, der auf einer Membran immobilisiert ist, wie dies weiter oben angegeben wurde. Eine typische Darstellung der Konstruktion eines typischen Teststreifens mit lateraler Strömung ist wie folgt:
Reagenz-Kissen // Testmembran / Fanglinie / Testmembran / Fanglinie / Testmembran // absorbierendes Kissen, worin
das Symbol / eine Phasenbegrenzung innerhalb eines einzigen chromatografischen Mediums bezeichnet, und
das Symbol // eine Verbindung von zwei getrennten Medien bezeichnet (chromatografisch oder ein anderes Medium).
Eine der zwei Fanglinien dient als eine Anzeige, dass die Teststreifen-Betriebsleistung nicht beeinträchtigt wurde. In dieser Hinsicht erfüllt eine derartige Fanglinie eine wichtige Funktion durch Bereitstellen einer Qualitätssicherung und Integrität der Assays, was allgemein als erforderlich betrachtet wird, weil sich die Betriebsleistung oder das Betriebsverhalten eines einzelnen Teststreifens beträchtlich ändern kann. Die zweite dieser Fanglinien wird nur dann sichtbar, wenn die Probe eine Menge des Analyten oberhalb einer minimalen Konzentration (Schwellenwert-Konzentration) enthält. Beispiele derartiger bekannter Systeme und Verfahrensweisen schließen die Immunoassay-Systeme und Teststreifen ein, die in dem US-Patent 5 658 723 vom 19. August 1997 auf den Namen von Oberhardt mit dem Titel "Immunoassay System Using Forced Convection Currents" und dem US-Patent 5 712 170 vom 27. Januar 1998 auf den Namen von Kouvonen et al. mit dem Titel "Test Strip, Its Production and Use" beschrieben sind.
Trotz ihrer Kosteneffektivität und Einfachheit der Anwendung sind jedoch Teststreifen-Format-Assays leider weniger genau, weniger präzise und weniger empfindlich gegenüber dem Vorliegen von Analyten, als konventionelle Formate. Als ein Ergebnis derartiger Nachteile war die Anwendung von Assays im Teststreifen-Format auf semi-quantitative oder qualitative Assays beschränkt. Einige der wichtigeren Faktoren, die zu der Ungenauigkeit und fehlenden Präzision von Assays im Teststreifen-Format beitragen, schließen die Erstellung und Verwendung von Fanglinien ein. Wie dies allgemein erkannt wird, erfordert die Herstellung von übereinstimmend gleichförmigen Fanglinien eine aufwändige Materialsteuerung und Herstellungsprozesse mit starren Spezifikationen, die innerhalb enger Toleranzen arbeiten müssen. Weiterhin erfordern die meisten Teststreifen-Formate für eine geeignete Funktion, dass die zu detektierenden Analyten gleichförmig in einer präzisen Geometrie an einer präzisen Stelle auf dem Teststreifen erfasst werden, und Faktoren, wie z. B. die Umgebungsfeuchtigkeit, die zum Zeitpunkt der Herstellung des Teststreifens vorhanden ist, die Art der Membran, die bei einem derartigen Herstellungsprozess verwendet wird, und der Einfang-Reagenz-Rezeptor selbst tragen sehr stark zu Ungenauigkeiten und falschen Anzeigen der Assays bei. Eine ausführliche Beschreibung hinsichtlich der Nachteile, die mit dem Binden von Protein-Einfang-Reagenzien in Immun-Chromatografie-Assays verbunden sind, finden sich in Jones, Kevin D., "Troubleshooting Protein Einding in Nitrocellulose Membranes", Teil I, IVD Technology, Band V, Nr. II, März-April 1999, Seiten 32-41 und Teil II, IVD Technology, Band V, Nr. III, Mai-Juni 1999, Seiten 26-35.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht in der Tatsache, dass nahezu alle Teststreifen-Format-Assays so geformt sind, dass sie eine sequenzielle, allgemein lineare Konfiguration aufweisen, um die erforderliche laterale Strömung über diese hinweg zu erleichtern. Aufgrund der Tatsache, dass eine derartige Flüssigkeitsprobe notwendigerweise von ihrem Startpunkt über das Reagenz-Kissen, die Testmembran und schließlich über die Fanglinie oder die Fanglinien wandern muss, um das Vorhandensein des vermuteten Analyten festzustellen, wird in vielen Fällen ein erheblicher Teil des Ziel-Analyten dispergiert oder auf andere Weise an einem Erreichen der gebundenen Rezeptoren gehindert, die die Fanglinie bilden. Damit kann ein erheblicher Teil des Ziel-Analyten, der detektiert werden soll, häufig vollständig verfehlt werden, was in nachteiliger Weise die quantitativen und qualitativen Ergebnisse beeinträchtigt, die von derartigen Assays geliefert werden.
Diese Möglichkeit eines versehentlichen Fehlschlags der Feststellung des Vorhandenseins eines Ziel-Analyten, unabhängig davon, ob dies durch Verlust des Ziel-Analyten, der detektiert werden soll, oder einfach durch Übersehen seines Vorhandenseins erfolgt, ist besonders problematisch, wenn versucht wird, das Vorhandensein von Krebszellen in einer vorgegebenen Flüssigkeitsprobe festzustellen. Beispielsweise gibt es in einem einzigen Rohr mit 10 ml an Blut ungefähr fünfzig Milliarden Zellen, und das Vorhandensein von bis zu herunter einer Krebszelle in dieser Zellen-Population kann das Vorhandensein von Mikrometastasen anzeigen. Unter Verwendung konventioneller Untersuchungstechniken werden derartige Blutproben typischerweise so verarbeitet, dass die in einer derartigen Probe enthaltenen Leukozyten isoliert werden, was, in vorteilhafter Weise eine derartige Flüssigkeitsprobe beispielsweise von 10 ml auf zwischen 1,0 bis 0,5 ml reduziert, was entsprechend die Zellen-Population von ungefähr fünfzig Milliarden auf ungefähr hundertzwanzig Millionen verringert. Ein derartiges Verfahren führt jedoch typischerweise zu dem Verlust von Krebszellen und kann damit in unbeabsichtigter Weise die Krebszellen beseitigen, die detektiert werden sollen.
Um eine Untersuchung auf Krebszellen durchzuführen, wird eine derartige resultierende Probe dann aufgeteilt und auf viele Mikroskop-Objektträger in einem Verhältnis von ungefähr einer Million Zellen auf jeden Objektträger mit Hilfe gut bekannter Prozeduren, wie z. B. Zytospin aufgebracht. Wie dies gut bekannt ist, stellt jeder auf diese Weise hergestellte Objektträger einen weiteren unbeabsichtigten Verlust von Krebszellen dar. Jeder jeweilige der Objektträger muss dann unter Verwendung eines Mikroskops sorgfältig überprüft werden. In dieser Hinsicht wird jeder Objektträger typischerweise in vierhundert vergrößerte Felder unterteilt, die Flächen von einem Quadratmillimeter umfassen, die jeweils überprüft werden. Typischerweise fordert ein derartiger Überprüfungsprozess im Mittel eine halbe Stunde pro Objektträger. Als Ergebnis erfordert eine gründliche Überprüfung einer verdichteten Population von einhundertzwanzig Millionen Leukozyten, die in einer Blutprobe von 10 ml vorliegen, die Überprüfung von einhundertzwanzig Objektträgern, wodurch achtundvierzigtausend Bilder erzeugt werden, die über eine Periode von 60 Stunden überprüft werden müssen. Entsprechend ist selbst in dem Ausmaß, in dem bekannte Assay-Techniken bei der Markierung einer Ziel-Zelle wirksam sind, die detektiert werden soll, der Prozess, mit dem eine derartige markierte Zelle schließlich isoliert und detektiert wird, von Haus aus unzuverlässig, mühsam und Zeit raubend.
Es ist daher wünschenswert, eine alternative Einrichtung mit lateraler Strömung zu entwickeln, die einen Analyten an einer präzisen Stelle und vorzugsweise an dem Startpunkt oder Kontaktpunkt einfangen kann, an dem die Flüssigkeitsprobe abgeschieden wird. Es würde in gleicher Weise wünschenswert sein, einen alternativen Assay zu entwickeln, der einen Analyten an einem derartigen Startpunkt oder Kontaktpunkt in einer präzisen Geometrie ohne die Verwendung von vorher aufgebrachten Fanglinien einfangen kann. Es besteht weiterhin ein Bedarf an einem Assay, der eine größere Empfindlichkeit hinsichtlich der Reproduzierbarkeit hat, als bekannte Assays und Verfahren, und der in gleicher Weise wenig aufwändig, weniger arbeitsintensiv, relativ einfach herzustellen und für eine große Vielzahl von Anwendungen verwendbar ist. Es besteht weiterhin ein Bedarf an einem Assay, der zubereitete Zellen-Spezimen direkt auf Mikroskop-Objektträger einfangen kann und die Zeit und Anzahl von erforderlichen hieraus zu erzeugenden Bildern beträchtlich verringern kann, insbesondere hinsichtlich der Isolation und Detektion von Krebszellen.
Das Patent JP 05 052849 (Teruma Corp.) beschreibt ein magnetisches Chromatografie-Verfahren, bei dem eine Kapiliarwirkung zum Ziehen des Reaktionsproduktes über das Chromatografie-Medium verwendet wird, wodurch die Bewegung des magnetischen Antikörper-Antigen-Komplexes beim Erreichen der Magnetkraft zum Stillstand gebracht wird.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung befasst sich speziell mit den vorstehend genannten Mängeln des Standes der Technik und mildert diese. In dieser Hinsicht bezieht sich die vorliegende Erfindung auf verschiedene neuartige Bioassay-Verfahrensweisen. Zusammen mit Chromatografie-Geräten und einem optionalen Multimode-Photometer/Analysator können Bio-Assays mit einer Genauigkeit und Präzision ähnlich der von konventionellen Laborformaten- durchgeführt werden, während die Einfachheit des Betriebes, die schnelle Analyse und die Kosteneffektivität ähnlich denen von Teststreifen-Formaten beibehalten werden. Die neuartigen Bioassay-Verfahrensweisen der vorliegenden Erfindung und die Chromatografie-Geräte machen weiterhin Probleme zu einem Minimum, die mit der Herstellung von Teststreifen verbunden sind, die vorher aufgebrachte Fanglinien beinhalten, und sie können weiterhin die Detektion eines Analyten in einer Flüssigkeitsprobe in einer Weise ermöglichen, die in effizienter Weise den in einer derartigen Probe enthaltenen Analyten konserviert und isoliert. Weiterhin stellen die neuartigen chemischen Analyseverfahren der vorliegenden Erfindung zusammen mit Multimode-Photometern und neuartigen Teststreifeneinrichtungen ein vielseitiges, kosteneffektives, einfaches und genaues System dar, das die Menge einer chemischen Substanz quantifizieren kann, die in einer Probe enthalten ist, die bisher mit Hilfe von bekannten Bioassay-Teststreifen nicht verfügbar war. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiges magnetisches Chromatografie-Verfahren zur Durchführung eines biochemischen Assays oder einer Analyse geschaffen, das die folgenden Schritte umfasst:

a) Bereitstellen eines chromatografischen Mediums;
b) Anwenden eines Magnetfeldes an einem Ort auf dem chromatografischen Medium;
c) Bereitstellen einer Reaktionsmischung, von der angenommen wird, dass sie einen Analyten, einen Reporter-Liganden, der sich an dem Analyten bindet, und eine Menge von darin suspendierten magnetischen Teilen mit Einfang-Liganden zum Binden des daran immobilisierten Analyten enthält;
d) in Kontakt bringen der Reaktionsmischung mit dem chromatografischen Medium an dem Ort des Magnetfeldes derart, dass die Reaktionsmischung lateral über das chromatografische Medium fließt und bewirkt wird, dass eine Mehrheit der in der Reaktionsmischung suspendierten magnetischen Teilchen auf dem Medium an dem Ort eingefangen wird, an dem das Magnetfeld angewandt wird; und
e) Analysieren der Mehrheit der magnetischen Teilchen, die auf dem chromatografischen Medium eingefangen wurden.

Bei diesem Verfahren, das besonders bei der Durchführung von Zelleinfang-Assays geeignet ist, wird die Reaktionsmischung mit magnetischen Teilchen auf einem zwischenliegenden Teil eines Chromatografie-Mediums in Kontakt gebracht, auf das ein Magnetfeld an dem Kontaktpunkt angewandt wird. Es wird damit eine bilaterale Strömung der Reaktionsmischung über das Medium hervorgerufen, wobei die magnetischen Teilchen, mit denen ein interessierender Analyt komplexiert ist, an dem Startpunk oder dem Punkt der Probeneinleitung eingefangen werden, wodurch die Menge des Analyten in der Reaktionsmischung konserviert wird, die anderenfalls durch die Reaktionsmischungs-Strömung verlorengehen würde.
Auf diese Weise werden somit die konventionellen Fanglinien, die durch gebundene Rezeptoren gebildet sind, wie sie bei bekannten Immunoassays verwendet werden, sowie der Analytverlust beseitigt, der während der Analyse auftreten kann. In dieser Hinsicht wird eine Fanglinie im Ergebnis während der Analyse zusammengefügt, und vorzugsweise zu deren Beginn. In vorteilhafter Weise ermöglichen es die magnetischen Chromatografie-Analyseverfahren der vorliegenden Erfindung, dass Teststreifen und dergleichen ohne vorher aufgebrachte Fanglinien hergestellt werden. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung sehen jedoch auch einen magnetischen Chromatografie-Teststreifen vor, der sowohl vorher aufgebrachte Fanglinien als auch Fanglinien aufweist, die während der Bio-Analyse unter Verwendung der magnetischen Chromatografie gebildet werden, wie dies für eine bestimmte Anwendung wünschenswert sein kann.
Die neuartigen Verfahren der vorliegenden Erfindung können weiterhin ein oder mehrere angewandte Magnetfeld-Quellen einsetzen, die auf die Chromatografie-Teststreifen-Baugruppe angewandt werden, um eine mehrfache spektrometrische Analyse zu erfassen. Beispielsweise kann ein gemeinsamer Stabmagnet oder Magnetstreifen an der Teststreifen-Unterlage mit einem Klebemittel an einer oder mehreren Stellen angebracht werden. Alternativ kann sich die Magnetquelle außerhalb der Teststreifen-Anordnung befinden, wobei die Magnetquelle in selektiver Weise in enger Nähe zu dem Teststreifen angeordnet wird, während die Magnetteilchen lateral in diesen strömen. Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Quelle des angewandten Magnetfeldes entweder Permanentmagnete oder Elektromagnete umfassen.
Weiterhin wird ein neuartiger magnetischer Chromatografie-Teststreifen zur Durchführung eines Bio-Assay offenbart, der die Menge an Analyten, der in einer Reaktionsmischung detektiert werden soll, dadurch konserviert, dass eine Fanglinie oder Zone an dem Punkt gebildet wird, an dem die Reaktionsmischung mit dem Teststreifen in Kontakt gebracht wird.
Der Teststreifen umfasst eine lang gestreckte Unterlage, die erste und zweite Enden und einen zwischen diesen angeordneten Zwischenteil aufweist. Auf dem Zwischenteil befindet sich ein erstes vertikales Maschenwerk zur Erleichterung einer vertikalen Strömung und ein zweites laterales Maschenwerk zur Erleichterung einer lateralen Strömung, wobei das letztere unterhalb des ersten Maschenwerkes angeordnet ist. Auf entgegengesetzten Seiten des die laterale Strömung hervorrufenden Maschenwerkes finden sich absorbierende Kissen, die im Gebrauch bewirken, dass die Reaktionsmischung schließlich durch die ersten und zweiten Maschenwerke hindurchläuft, um zu den zwei Seiten zu strömen. Ein derartiger Streifen schließt weiterhin vorzugsweise zumindest einen Magneten ein, der unterhalb des vertikalen Strömungs-Maschenwerkes und des zweiten lateralen Strömungs-Maschenwerkes angeordnet ist.
Im Gebrauch wird bewirkt, dass eine Reaktionsmischung aufeinanderfolgend von dem vertikalen Strömungs-Maschenwerk zu dem lateralen Strömungs-Maschenwerk und schließlich zu den ersten und zweiten absorbierenden Kissen strömt, die auf entgegengesetzten Seiten des lateralen Strömungs-Maschenwerkes angeordnet sind. Vorzugsweise wird diese Reaktionsmischung auf den Streifen mit Hilfe einer Probenquelle aufgebracht. Das angelegte Magnetfeld, das von dem Magneten geliefert wird, zieht die magnetischen Teilchen an, denen der interessierende Analyt komplexiert ist, was dazu führt, dass diese selektiv an der Stelle der Abscheidung festgehalten werden, während der Rest der Reaktionsmischung weiterhin über diese hinweg und schließlich zu dem jeweiligen der absorbierenden Kissen strömt. Derartige Teststreifen sind besonders gut für die Detektion und Isolation von Zellen, wie z. B. Krebszellen, Bakterien und dergleichen geeignet, die anderenfalls mit Hilfe bekannter Verfahren schwierig zu identifizieren und zu isolieren sind.
Es wird weiterhin ein neuartiger Analysator geschaffen, der aus einem Multimode-Photometer besteht, das die Vorderflächen-Fluoreszenz, die Lumineszenz und das Reflexionsvermögen an einem einzigen Brennpunkt auf dem Teststreifen messen kann. Das Multimode-Photometer besteht aus einer Grundfläche und einer optischen Abdeckung, die zusammen einen optischen Tunnel bilden, in dem zumindest ein Teststreifen angeordnet werden kann. Die Kammer kann eine Magnetquelle einschließen oder so konstruiert sein, dass sie in enge Nähe zu einer Magnetquelle gebracht werden kann, so dass bewirkt werden kann, dass der Teststreifen, auf dem aktivierte magnetische Teilchen lateral fließen, im Wesentlichen mit einer spezifischen Stelle oder Stellen auf dem Teststreifen gebunden werden. Bei einer derartigen Anordnung kann eine Licht- oder Strahlungsquelle auf den in dem optischen Tunnel angeordneten Teststreifen derart fokussiert werden, dass das Licht oder die Strahlung mit der magnetischen Quelle ausgerichtet ist, und das reflektierte oder emittierte Licht von dem Teststreifen kann auf das Vorhandensein des Analyten analysiert werden. Licht und Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen kann zur Feststellung des Vorhandenseins von passenden Analyten wie bei der konventionellen spektrophotometrischen Analyse verwendet werden. Optische Filter und Photodetektoren können weiterhin eingesetzt werden, wie dies für eine spezielle spektrophotometrische Anwendung erforderlich ist.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges magnetisches Chromatografie-Verfahren unter Verwendung eines Teststreifen-Formates zu schaffen, das eine größere Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit als bekannte Teststreifen-Assays hat.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines magnetischen Chromatografie-Verfahrens, das ein Teststreifen-Format verwendet, jedoch die Notwendigkeit der Bildung einer Einfanglinie durch Binden von Rezeptoren an einer Testmembran entfallen lässt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen Chromatografie-Verfahrens, das in einem Teststreifen-Format angeordnet und zur Schaffung einer quantitativen Analyse verwendet werden kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen magnetischen Chromatografie-Verfahrens, das eine Einfanglinie an dem Kontaktpunkt bilden kann, an dem ein Reaktionselement mit diesem Teststreifen in Kontakt kommt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen magnetischen Chromatografie-Verfahrens, das die Menge des in einer Reaktionsmischung vorliegenden Analyten durch Identifizieren und Isolieren dieses Analyten zu Beginn der Durchführung einer derartigen Analyse konservieren kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen magnetischen Chromatografie-Verfahrens, das zur Bereitstellung einer quantitativen und qualitativen Analyse für mehrfache Analyten angepasst werden kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen magnetischen Chromatografie-Verfahrens, das in der Anwendung einfach ist, eine einfache Konstruktion aufweist und in der Herstellung wenig aufwändig ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen magnetischen Chromatografie-Verfahrens, das zur Bereitstellung einer spektrophotometrischen Analyse verwendet werden kann, unter Einschluss von, jedoch ohne Beschränkung auf das Oberflächen-Reflexionsvermögen, die Oberflächen-Fluoreszenz und die Oberflächen-Lumineszenz.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen magnetischen Chromatografie-Verfahrens, das zur Isolation von Zielzellen konfiguriert werden kann und die Fähigkeit zur Detektion dieser Zellen verbessert.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen magnetischen Chromatografie-Verfahrens, das zum direkten Einfangen von Zellen auf Objektträgern und zur Erleichterung ihrer mikroskopischen Überprüfung ausgebildet werden kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen magnetischen Chromatografie-Verfahrens, das zur Durchführung einer Einzelproben-Analyse, einer Gruppenproben-Analyse und einer Analyse von linearen Anordnungen konfiguriert werden kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen magnetischen Chromatografie-Verfahrens, das für einen quantitativen, semi-quantitativen und qualitativen Immunoassay von Analyten und DNA-Hybridisierungs-Assays verwendet werden kann.
Weiterhin wird ein optischer Analysator geschaffen, der aus einem Multimode-Photometer zur Durchführung einer spektrophotometrischen Analyse besteht, unter Einschluss von, jedoch ohne Beschränkung auf das Oberflächen-Reflexionsvermögen, die Oberflächen-Fluoreszenz und die Oberflächen-Lumineszenz.
Weiterhin wird ein Analysator geschaffen, der aus einem Multimode-Photometer besteht, das eine einfache Konstruktion aufweist, einfach zu verwenden ist und so konfiguriert werden kann, dass eine Einzelproben-Analyse, eine Gruppenproben-Analyse und eine Analyse einer linearen Anordnung durchgeführt werden kann.
Weiterhin wird ein Analysator aus einem Multimode-Photometer geschaffen, das, wenn es in Verbindung mit den magnetischen Chromatografie-Assays der vorliegenden Erfindung verwendet wird, zur Quantifizierung der Menge eines vorgegebenen Analyten an einer festen Stelle auf einem Teststreifen-Assay unabhängig von der Ausrichtung eines derartigen Assay und der lateralen Strömung der Reaktionsmischung, die hiermit verwendet wird, verwendet werden kann.
Figurenbeschreibung
Diese sowie weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei einer Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter ersichtlich, in denen:
1a eine perspektivische Ansicht eines Assay-Teststreifens ist;
1b eine auseinander gezogene Ansicht der Komponenten ist, die den Assay-Teststreifen nach 1a bilden;
1c eine Seitenansicht des in 1a gezeigten Assays ist; 2a eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines weiteren Assay-Teststreifens ist;
2b eine Seitenansicht des Assay-Teststreifens nach 2a ist;
3a eine Querschnittsansicht eines Multimode-Photometers ist, wie es bei der Durchführung der Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendbar ist;
3b eine Querschnittsansicht und ein Blockschaltbild eines Multimode-Photometers nach 3a ist;
4a eine perspektivische Ansicht des Multimode-Photometers nach 3 ist;
4b eine Draufsicht des in 3 gezeigten Multimode-Photometers ist;
4c eine auseinander gezogene Querschnittsansicht der Komponenten ist, die das Multimode-Photometer nach 3 bilden;
5a eine Draufsicht auf eine Vielzahl von Teststreifen ist, die in parallelen Reihen auf einer gemeinsamen Unterlage zur Verwendung bei der Feststellung des Vorhandenseins und der Menge eines oder mehreren Analyten von einer Vielzahl von Proben anzuordnen sind;
5b eine Draufsicht auf eine Vielzahl von Teststreifen ist, die ein einziges gemeinsames absorbierendes Kissen verwenden, das einen Strömungsmittel-Kontakt mit einer Vielzahl von Testmembranen hat, wobei die letzteren in einer allgemein linearen Weise angeordnet sind;
6a eine Draufsicht auf einen Assay-Teststreifen ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
6b eine Seitenansicht des in 6a gezeigten Teststreifens ist;
7a eine Draufsicht auf einen Teststreifen ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
7b eine Seitenansicht des in 7a gezeigten Assay-Teststreifens ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Hier wird ein neuartiges Assay-System und Verfahren offenbart, das im Gegensatz zu bekannten Assay-Systemen und insbesondere zu Teststreifen-Assays quantitativ und qualitativ das Vorhandensein eines Analyten, eines Kontrollelementes, eines Kalibrierelementes oder einer Kombination hiervon in einer vorgegebenen Flüssigkeitsprobe mit außerordentlicher Präzision und Wiederholbarkeit feststellen kann. Weiterhin ergeben die Verfahren der vorliegenden Erfindung und die neuartigen Assays alle die Vorteile, die mit konventionellen Teststreifen-Assays verbunden sind, insoweit als diese keiner Analyse an einer entfernten Stelle an einer Laboreinrichtung unterworfen werden müssen, und dass sie weiterhin keine Handhabung durch trainierte Fachleute erfordern. Es wird weiterhin ein neuartiger Analysator geschaffen, der einen Multimode-Photometer umfasst und bei der Durchführung einer spektrophotometrischen Analyse in Verbindung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und dem Assay nützlich ist.
Es wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen, zu Anfang auf die 1a–1c, in denen ein Teststreifen zur Verwendung bei der magnetischen Chromatografie gezeigt ist. Der Teststreifen umfasst eine Testmembran 1 mit einer Reagenzzone 2 an einem einen Ende und einem absorbierenden Kissen 3 an seinem anderen Ende. Diese Komponenten sind an einer Unterlage 4 angebracht, die aus Kunststoff, Glas oder einem anderen in geeigneter Weise starren Material hergestellt ist. Ähnlich wie bekannte Teststreifen ist der Teststreifen sehr einfach durch Laminieren herzustellen.
Ein weiterer Teststreifen ist in den 2A und 2B gezeigt. Hier ist ein Reagenz-Kissen 5 an einem Ende und ein absorbierendes Kissen 3 an dem jeweils anderen Ende angeordnet. In dieser Hinsicht ist das Reagenz-Kissen 5 so gezeigt, dass es teilweise die Testmembran 1 überlappt, um ein größeres Ausmaß an Sättigung über diese hinweg zu erzeugen, wie dies für eine vorgegebene Anwendung erwünscht sein kann.
Bei jeder der Teststreifen-Ausführungsformen, die in den 1a–1c und in 2a–2b gezeigt sind, ist es ohne weiteres für den Fachmann zu verstehen und zu erkennen, dass diese Teststreifen so ausgelegt sind, dass sie eine laterale Strömung oder einen lateralen Wanderungs-Pfad ergeben, der sich von dem Reagenz-Kissen 5 zu dem absorbierenden Kissen 3 an dem anderen Ende erstreckt. Wie bei konventionellen Teststreifen-Assays ergibt die laterale Strömung der Reaktionsmischung über die Testmembran 1 hinweg eine Grundlage zur Durchführung von chemischen Analysen über eine vorgegebene Oberfläche (das heißt die Testmembran 1).
Im Gegensatz zu den bekannten Teststreifen-Assays verwenden die Verfahren der vorliegenden Erfindung und die Assays keine Einfangbarriere, die durch gebundene Rezeptoren gebildet ist, die entlang eines Teils der Testmembran 1 gebildet werden, sondern sie verwenden vielmehr eine neuartige magnetische Lösung zur Erzeugung derartiger Einfanglinien. In dieser Hinsicht ist es aufgrund der neuartigen Verfahren, mit denen die Einfanglinien bei der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, zu erkennen, dass die in den 1 und 2 gezeigten Teststreifen-Konfigurationen sehr einfach bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, und dass ein wesentliches Element hiervon ein chromatografisches Medium umfasst, wie z. B. einen Teststreifen oder eine chromatografische Platte, auf der eine Testprobe in seitlicher Richtung über diese hinweg strömen kann. Es ist verständlich, dass ein Wanderungs-Pfad, wie er bei konventionellen Teststreifen und dergleichen vorgesehen ist, nicht notwendigerweise gebildet werden muss, um die vorliegende Erfindung praktisch auszuführen.
Testmembran
Die Testmembran 1 kann aus irgendeinem verfügbarem Material ausgewählt werden, das eine geeignete Dicke, Porengröße, laterale Strömungsrate und Farbe hat. Es wird bevorzugt, dass die Testmembran aus einem Material hergestellt ist, das eine geringe Affinität für den Analyten und die Testreagenzien hat. Dies dient zur weitestgehenden Verringerung oder Vermeidung einer Vorbehandlung der Testmembran zur Verhinderung einer unspezifischen Bindung des Analyten und/oder der Reagenzien. Polyester ist ein Beispiel eines geeigneten Testmembran-Materials.
Reagenz-Kissen
Das (optionale) Reagenz-Kissen 5 kann alle oder einen Teil der Reagenzien enthalten, die zur Durchführung der Assays erforderlich sind. Reagenzien können einen Einfang-Liganden und einen Reporter-Liganden einschließen, die in spezifischer Weise unterschiedliche Bereiche des zu ermittelnden Analyten in einer vorgegebenen Probe binden. Der Einfang-Ligand kann kovalent mit der Oberfläche von magnetischen Teilchen gebunden oder von diesen absorbiert werden. Einfang- Liganden können weiterhin indirekt unter Verwendung von Bindungspartnern, wie z. B. Anti-IgG-Antikörpern, Streptavidin/Biotin und anderen gebunden werden. Der Reporter-Ligand ist kovalent mit einem Farbstoff, Teilchen, Radioisotopen oder Enzymen gebunden, die eine Fluoreszenz oder Lumineszenz erzeugen. Das Reagenz-Kissen 5 kann weiterhin Stabilisatoren, Puffer, Tenside und andere Mittel enthalten, die das Betriebsverhalten der Assay verbessern. Das Reagenz-Kissen 5 kann die Probe und alle nachfolgenden flüssigen Reagenzien aufnehmen, die zur Durchführung der Assay verwendet werden. Das Reagenz-Kissen 5 kann ebenfalls aus irgendeinem verfügbaren Material ausgewählt sein, das eine geeignete Dicke, Porengröße und Strömungsrate hat. Es wird bevorzugt, dass das Reagenz-Kissen aus einem Material hergestellt ist, das eine geringe Affinität für den Analyten und die Testreagenzien hat. Dies dient wiederum zur weitestgehenden Verringerung oder Vermeidung einer Vorbehandlung des Reagenz-Kissens 5 zum Verhindern einer unspezifischen Bindung des Analyten und/oder der Reagenzien. Polyester und poröses Polyethylen sind Beispiele geeigneter Materialien für das Reagenz-Kissen 5. Das Reagenz-Kissen 5 sollte eine ausreichende Größe und ein ausreichendes Hohlraum-Volumen aufweisen, um das gesamte Probenvolumen aufzunehmen.
Das Reagenz-Kissen 5 muss kein körperlich getrenntes Bauteil sein. Vielmehr können die Reagenzien in einer Reagenzzone 2 gespeichert werden, die auf der Testmembran 1 selbst gebildet ist. Alternativ enthält das Reagenz-Kissen 5 keine Reagenzien und wird statt dessen als ein Aufnahme-Kissen für flüssige Reagenzien verwendet. Wie dies für den Fachmann zu erkennen ist, werden durch die Ausbildung derartiger Reagenzzonen auf der Testmembran als Ersatz für Reagenz-Kissen die Kosten und die Kompliziertheit der Herstellung wesentlich verringert, weil die Reagenzkissen-Komponente vollständig entfallen kann. In dieser Hinsicht werden die nicht-bindenden Eigenschaften der Testmembran, verbunden mit der Fähigkeit, eine Einfanglinie magnetisch zu bilden, weiter unten ausführlicher erläutert, und dies beseitigt die Notwendigkeit einer Konstruktion eines Teststreifens, bei dem die Flüssigkeitsprobe notwendigerweise nacheinander in einer Richtung strömen muss, so dass eine vorgegebene Flüssigkeitsprobe mit Reagenzien gründlich und präzise in Kontakt mit einer konventionellen Einfangzone kommt, die durch eine Vielzahl von gebundenen Antikörpern definiert ist.
Absorptions-Kissen
Das (wahlweise) Absorptions-Kissen 3 sollte eine Absorptionskapazität haben, die ausreicht, um alle Flüssigkeitsvolumina aufzunehmen, die während der Testprozedur verwendet werden. Baumwollfasern und absorbierendes Papier sind Beispiele von geeigneten Materialien für das Absorptions-Kissen 3. Wie dies weiter oben erläutert wurde, ist jedoch das Absorptions-Kissen optional, weil das bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendete Chromatografie-Medium einfach aus einer Testmembran oder einer Chromatografie-Platte bestehen kann und nicht notwendigerweise die Verwendung eines Absorptions-Kissens zur Erzeugung einer Strömungsrichtung oder eines Wanderungs-Pfades für eine vorgegebene Testprobe erfordert, wie dies typischerweise bei den bekannten Assay-Streifen erforderlich ist.
Unterlage
Die Unterlage 4 des magnetischen Chromatografie-Teststreifens kann aus Kunststoff, Glas oder einem anderen in geeigneter Weise starren Material hergestellt sein. Die Unterlagenlänge kann die Länge übersteigen, die zur Halterung der Testmembran und der Kissen erforderlich ist, wie dies zur Erfüllung verschiedener Funktionen erwünscht sein kann. Beispielsweise kann eine derartige verlängerte Unterlagelänge einen Handgriff bilden, oder sie kann Information, wie z. B. Barcodes, Fluoreszenz-Markierungen und eingefärbte Markierungen anzeigen, die bei der Kalibrierung des einzelnen Teststreifens und eines Multimode-Photometers benutzt werden können, wie dies weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
Um eine Vielzahl von Proben in einer einzigen Analyse zu analysieren, sind hier weiterhin bestimmte neuartige Assay-Streifen zur Durchführung einer derartigen Funktion offenbart. Es wird nunmehr auf die 5a Bezug genommen, in der eine Draufsicht auf eine Vielzahl von Teststreifen gezeigt ist, die in parallelen Reihen auf einer gemeinsamen Unterlage 4 angeordnet sind. Die Unterlage 4 hat eine Oberseite und eine Unterseite, und sie kann die Form einer Bahn oder einer Rolle aufweisen, und sie wird vorzugsweise aus einem lichtundurchlässigen Kunststoffbahnmaterial mit geeigneter Farbe, Dicke und Steifigkeit hergestellt. Jede jeweilige Testmembran 1 weist einen ausreichenden Abstand auf, um einen Flüssigkeitskontakt zwischen aneinander angrenzenden Testmembranen 1 zu vermeiden. Ein Absorptions-Kissen 3 ist vorzugsweise so angeordnet, dass es in Flüssigkeitskontakt mit einem Ende der Testmembran 1 steht. 5 zeigt eine Draufsicht auf Teststreifen, die unter Verwendung eines einzigen gemeinsamen Absorptions-Kissens 3 hergestellt sind, das einen Flüssigkeitskontakt mit allen Testmembranen einer vorgegebenen Reihe hat. Die Anbringung der Testmembranen 1 und der Absorptions-Kissen 3 ist derart, dass mehrfache parallele Reihen von Teststreifen in vorteilhafter Weise auf einem Blatt oder eine kontinuierlichen Bahn einer Unterlage 4 hergestellt sind. Jede Reihe von Teststreifen ist mit einem ausreichenden Abstand angeordnet, damit einzelne Teststreifen für unterschiedliche Reihen nicht in Flüssigkeitskontakt miteinander stehen.
Um das Vorliegen eines bestimmten Analyten, eines Kontrollelementes, eines Kalibrierelementes oder einer Kombination hiervon zu identifizieren, setzen die neuartigen Verfahren der vorliegenden Erfindung ein Magnetfeld an der die Reaktionsmischung aufnehmenden Stelle auf dem Testmembran-Teil der Teststreifen ein. Ein derartiges Magnetfeld, das durch irgendeine Art von Magnetquelle erzeugt werden kann, wie z. B. einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten, ist selektiv so angeordnet, dass bei seiner Anwendung auf einen Teil der Testmembran magnetische Teilchen, die in einer vorgegebenen Probe vorliegen, im Wesentlichen an die spezielle Stelle gebunden werden, an der das Magnetfeld angelegt wird. In dieser Hinsicht zieht das angelegte Magnetfeld die magnetischen Teilchen an, wodurch eine magnetische Sperre gebildet wird, die selektiv magnetische Teilchen festhält, mit denen der interessierende Analyt mit geeigneten daran gebundenen Markierungen komplexiert wurde, während der Rest der Reaktionsmischung lateral über eine derartige Sperre oder Zone strömen kann.
Bei diesen in den 5a und 5b gezeigten Streifen wird zur Erzeugung von Einfangzonen oder Einfanglinien eine magnetische Sperre unter Verwendung eines Stabmagneten oder von Stabmagneten 20 gebildet, die in enger Nähe zu der Unterseite der Unterlage 4 aufgeschichtet oder an dieser angeordnet sind. Der oder die Stabmagnete oder magnetisierte Schienen 20 sind senkrecht zu der oder den Testmembranen 1 in jeder Reihe und zwischen den die Flüssigkeit aufnehmenden und absorbierenden Enden der Testmembran(en) 1 angeordnet. Eine Reagenz zone 2 ist an dem die Flüssigkeit aufnehmenden Ende jeder Testmembran angeordnet.
Durch selektives Anlegen des Magetfeldes um oder auf den Teststreifen wird eine Einfanglinie magnetisch insoweit zusammengefügt, als die magnetischen Teilchen im Wesentlichen durch das Magnetfeld an einer bestimmten Stelle oder Stellen immobilisiert werden, die sich über die Testmembran hinweg befinden. Die verbleibenden Reaktionsmischungs-Komponenten, die nicht magnetisch gebunden sind, setzen somit ihre Strömung lateral innerhalb der Testmembran fort, typischerweise auf einen Wanderungs-Pfad in Richtung auf ein Absorptions-Kissen. In vorteilhafter Weise ermöglicht es ein derartiges Verfahren, dass mehr als ein Analyt, Kontrollelement, Kalibrierelement oder eine Kombination hiervon quantitativ auf einem einzigen Teststreifen analysiert wird. Entsprechend ist es ein Ziel dieser Erfindung, ein nützliches Verfahren zur Durchführung von Assays, beispielsweise biologischen Assays oder Analysen zu schaffen.
Obwohl die in den 1a–1c und den 2a–2c gezeigten Teststreifen lediglich einen Abschnitt einer Testmembran zeigen, die zwischen einem Reagenz-Kissen und einem Absorptions-Kissen angeordnet ist, ist es für den Fachmann zu erkennen, dass wenn mehr als ein Analyt, Kontrollelement, Kalibrierelement oder eine Kombination hiervon in einer Testlösung unter Verwendung eines einzigen Teststreifens zu analysieren sind, eine Kaskade von Reagenzzonen oder Kissen stromabwärts von dem ersten angelegten Magnetfeld angeordnet werden kann. Verschiedene schematische Beispiele von Strömungs-Teststreifenanordnungen, die in Verbindung mit der magnetischen Chromatografie verwendet werden können, sind angegeben:
Einzel-Assay

Reagenzzone 1 / Testmembran // Absorptions-Kissen
Reagenz-Kissen 1 // Testmembran // Absorptions-Kissen

Mehrfach-Assay

Reagenzzone 1 / Testmembran / Reagenzzone 2 / Testmembran // Absorptions-Kissen
Reagenz-Kissen 1 // Testmembran // Reagenz-Kissen 2 // Testmembran // Absorptions-Kissen

Einander gegenüberliegende Mehrfach-Assays

Reagenzzone 1 / Testmembran // Absorptions-Kissen // Testmembran // Reagenzzone 2
Reagenz-Kissen 1 // Testmembran // Absorptions-Kissen // Testmembran // Reagenz-Kissen 2 worin: das Symbol / eine Phasengrenze in einem einzigen Chromatografie-Medium bezeichnet, und das Symbol // eine Vereinigung von zwei getrennten Medien (chromatografische Medien und andere Medien) bezeichnet.

Als eine Folge bewirken die angegebenen Mehrfach-Assay-Beispiele, dass eine Testlösung auf zwei Gruppen von magnetisch Teilchen auftritt. Die Strömung der Testlösung ist eine einseitig gerichtete Bewegung von der Reagenzzone oder dem Kissen 1 an einem Ende des Teststreifens zu dem Absorptions-Kissen an dem gegenüberliegenden Ende des Teststreifens. Magnetische Sperren sind an jeder Testmembran angeordnet. Die erste magnetische Sperre ist über die Testmembran hinweg vor der Reagenzzone oder dem Kissen 2 angeordnet, während die zweite magnetische Sperre über die Testmembran hinweg vor dem Absorptions-Kissen angeordnet ist. Reagenzien von der Reagenzzone oder dem Kissen 2 können zur Analyse zusätzlicher Analyten in der Testlösung verwendet werden, oder sie können zur Durchführung einer Kalibrierung oder Qualitätskontrolle verwendet werden.
Die Beispiele für einander entgegengesetzte Mehrfach-Assays, die angegeben wurden, ermöglichen einen Assay von identischen Analyten von getrennten Testlösungen. Dies ist vorteilhaft, wenn eine Kalibriereinrichtung gleichzeitig mit einer Testprobe analysiert werden muss. Die Strömung der Testlösung erfolgt von jedem Reagenz-Kissen oder jeder Reagenzzone in Richtung auf ein einziges gemeinsames Absorptions-Kissen. Magnetische Sperren sind über jede Testmembran hinweg angeordnet. Es wird weiterhin in Betracht gezogen, dass die magnetische Chromatografie in Verbindung mit anderen mehrfachen Assay-Teststreifen-Konfigurationen verwendet werden kann, unter Einschluss von Rosetten, parallelen Anordnungen und anderen.
Um die Breite (das heißt die Oberfläche) der Fanglinie zu manipulieren, die durch das Anlegen eines Magnetfeldes an den Teststreifen gebildet wird, hat es sich in unerwarteter Weise herausgestellt, dass die Breite einer derartigen Einfanglinie selektiv in Abhängigkeit von der Anzahl der Magnete und/oder dem Ausmaß der Magnetkraft gesteuert werden kann, die auf die Testmembran aufgebracht wird. In dieser Hinsicht wurde festgestellt, dass durch Stapeln mehrfacher Magnete übereinander unterhalb der Testmembran an den Stellen, an denen die Einfangzone gebildet werden soll, die vergrößerte Anzahl von hierauf angewandten Magneten entsprechend eine Vergrößerung der Breite der Einfanglinie ergibt. Wie dies für den Fachmann verständlich ist, hat durch die Verwendung eines größeren Ausmaßes der Magnetkraft die entsprechende Einfanglinie, die hierdurch erzeugt wird, eine größere Oberfläche, die als Folge hiervon zur Bestimmung der Konzentration pro Flächeneinheit verwendet werden kann. Entlang dieser Linien wird in Betracht gezogen, dass eine Manipulation des Magnetfeldes zur Erzeugung einer breiteren oder schmaleren Einfanglinie oder Einfangfläche sich als äußerst nützlich erweisen kann. Beispielsweise kann durch Manipulieren der Breite oder der Oberfläche der Einfanglinie eine Maßnahme getroffen werden, um die Inspektion einzelner Teilchen unter Verwendung eines Mikroskops zu erleichtern. In gleicher Weise kann eine derartige selektive Manipulation der Einfangzone zur Isolation von Zielzellen aus einer Population von Zellen und eine nachfolgende mikroskopische Inspektion verwendet werden, wie dies für eine vorgegebene Anwendung erforderlich sein kann.
Hinsichtlich der Abmessungen derartiger Magnete, die vorzugsweise bei der praktischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wird derzeit angenommen, dass Stabmagnete und/oder magnetisierte Schienen verwendet werden können, deren Breite zwischen 0,0762 mm und 7,62 cm (0,003 bis 3,0 Zoll) liegt, und deren Länge zwischen 0,254 mm und 2,54 m (0,010 bis 100 Zoll) liegt. In dieser Hinsicht ist es verständlich, dass derartige Magnete und insbesondere magnetisierte Schienen so bemessen und geformt sein können, dass sie irgendein Ausmaß an Magnetfeld erzeugen, das erforderlich ist, um eine gewünschte Einfanglinie zu erzeugen, und sie können ohne weiteres für eine vorgegebene Anwendung durch den Fachmann bestimmt werden.
Es wird nunmehr auf die 6a und 6b Bezug genommen, in denen ein weiterer Teststreifen zur Durchführung der Assays gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Im Gegensatz zu dem oben erwähnten Teststreifen ist ein derartiger Teststreifen jedoch speziell so ausgelegt und konfiguriert, dass er eine Einfanglinie an dem Kontaktpunkt bildet, an dem eine Reaktionsmischung, die magnetische Teilchen enthält, in den Streifen eingeführt wird.
Wie dies für den Fachmann zu erkennen ist, wird durch die Ausbildung des Einfangpunktes an dem anfänglichen Punkt des Kontaktes, an dem die Reaktionsmischung mit dem Teststreifen in Kontakt gebracht wird, die Menge an Analyten eingespart, die durch den Assay detektiert werden soll, die im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen und Verfahren von der Einfangzone von gebundenen Rezeptoren fortdiffundieren kann oder die auf andere Weise an einem Erreichen einer derartigen Einfangzone aufgrund einer nicht spezifischen Bindung gehindert wird. Wie dies in der Technik gut bekannt ist, kann ein erheblicher Teil des Analyten, der durch die Verwendung von konventionellen Assays detektiert werden soll, ohne Detektion aufgrund der sequenziellen lateralen Strömung ohne Detektion hindurchlaufen, die von dem Zeitpunkt, zu dem die Reaktionsmischung in eine Assay eingeführt wird, bis zu der Zeit auftreten muss, zu der eine derartige Reaktionsmischung mit den gebundenen Rezeptoren in Kontakt kommt, die die gewünschte Einfanglinie bilden.
Es wird zunächst auf die 6a Bezug genommen, die eine lang gestreckte Unterlage 4 mit ersten und zweiten entgegengesetzten Enden und einem zwischenliegenden Teil umfasst. Wie dies weiter oben angegeben wurde, kann diese Unterlage aus Glas, Kunststoff oder einem anderen geeigneten starren Material hergestellt sein. Auf den entgegengesetzten Enden der Unterlage sind erste und zweite Absorptions-Kissen 3', 3'' ausgebildet, die, wie dies weiter unten ausführlicher erläutert wird, bewirken, dass die Reaktionsmischung schließlich in zwei Richtungen von dem Kontaktpunkt aus strömt, an dem die Reaktionsmischung in den Teststreifen eingeführt wird. Unterhalb der Unterlage 4 ist ein lang gestreckter Magnet 30 befestigt, der zur Schaffung der Einfanglinie zur Verwendung bei der weiteren Analyse verwendet wird. Bei einer Alternative kann der lang gestreckte Magnet 30 benachbart zu und unterhalb der Unterlage 4 so angeordnet werden, dass er eine Mehrzahl von Vorteilen ergibt, wie z. B. die Ermöglichung von Mikroskop-Anwendungen.
Auf dem zwischenliegenden Teil der Unterlage 4 zwischen den ersten und zweiten Absorptions-Kissen 3', 3'' und über dem Magneten 30 zentriert, sind vorzugsweise ein erstes vertikales Strömungs-Maschenwerk 32 und ein zweites laterales Strömungs-Maschenwerk 34 angeordnet. Wie dies gezeigt ist, ist das vertikale Strömungs-Maschenwerk 32 oberhalb des lateralen Strömungs-Maschenwerkes 34 angeordnet, wobei das letztere in Kontakt mit den ersten und zweiten Absorptions-Kissen 3', 3'' auf entgegengesetzten Seiten hiervon steht. Vorzugsweise ist ein Teil des lateralen Strömungs-Maschenwerkes 34 teilweise unterhalb der ersten und zweiten Absorptions-Kissen 3', 3'' angeordnet, wie dies gezeigt ist. Um die Reaktionsmischung einzuführen, ist weiterhin vorzugsweise eine Probenschale 36 vorgesehen, die speziell so ausgelegt und konfiguriert ist, dass die Reaktionsmischung direkt auf das erste vertikale Maschenwerk 32 eingeführt wird, so dass diese nachfolgend zu dem lateralen Strömungs-Maschenwerk 34 und schließlich zu den Absorptions-Kissen 3', 3'' über die in zwei Richtungen erfolgende Strömung strömt.
Das vertikale Strömungs-Maschenwerk 32 ist aus Polyester, Nylon, Glasfaser oder irgendeinem ähnlichen Material gebildet und so ausgerichtet, dass es eine nach unten gerichtete Strömung durch dieses hindurch ermöglicht, um große Abfälle zu filtern, die in der Testlösung vorhanden sein können. Das laterale Strömungs-Maschenwerk 34 ist in ähnlicher Weise aus Polyester, Nylon, Glasfaser oder irgendeinem ähnlichen Material gebildet, das eine Strömung in zwei Richtungen zu den jeweiligen Absorptions-Kissen 3', 3'' ermöglicht. Das laterale Strömungs-Maschenwerk 34 kann weiterhin aus Materialien gebildet werden, die magnetische Eigenschaften haben, wie z. B. Metall-Maschenwerke oder Siebe, metallisiertes Polyestermaterial und dergleichen. Die Probenschale 36 ist vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen Material, wie z. B. Kunststoff, und insbesondere Polyvinyl-Chlorid hergestellt, so dass sich keine Reaktion mit den magnetischen Teilchen ergibt, die in der Reaktionsmischung enthalten sind.
Als eine Alternative zur Bereitstellung einer Anordnung von Maschenwerken, wie z. B. der Kombination des ersten Maschenwerkes 32 und des zweiten Maschenwerkes 34, wie dies vorstehend erläutert wurde, wird in Betracht gezogen, dass die Unterlage 4 und insbesondere deren in der Mitte liegender Teil so geformt wird, dass sich eine texturierte Oberfläche ergibt, die so konfiguriert und ausgerichtet ist, dass sie die Strömung der über diese hinweg fließenden Probe bewirkt. In dieser Hinsicht wird in Betracht gezogen, dass irgendeine texturierte Oberfläche, die in der Lage ist, eine laterale Strömung der Testlösung über den in der Mitte liegenden Teil der Unterlage 4 hinweg hervorzurufen, bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, und insbesondere als Ersatz für das laterale Strömungs-Maschenwerk 34.
Es wird nunmehr auf 6b Bezug genommen, in der eine Folge gezeigt ist, mit der ein Assay unter Verwendung des Teststreifens nach 6a durchgeführt werden kann. Zu Anfang wird die Reaktionsmischung in der Probenschale 36 abgeschieden. Aufgrund sowohl der Kapillarwirkung als auch der nach unten gerichteten Schwerkraft, die durch den Buchstaben A angedeutet sind, wird bewirkt, dass die Reaktionsmischung aufeinanderfolgend durch das vertikale Strömungs-Maschenwerk 32, das laterale Strömungs-Maschenwerk 34 und schließlich zu den Absorptions-Kissen 3', 3'' über die laterale Strömung fließt, die durch den Buchstaben B bezeichnet ist. Die magnetischen Teilchen, mit denen der interessierende Analyt komplexiert ist, wird jedoch im Wesentlichen in der magnetischen Zone gebunden, die durch den Magneten 30 definiert ist, der unterhalb der Unterlage 4 angeordnet ist. Somit werden die magnetischen Teilchen an dem Ausgangspunkt des Assay eingefangen, und nicht an irgendeinem Punkt, der von der Stelle entfernt ist, an der die Reaktionsmischung anfänglich eingeführt wird, wie dies bei den meisten konventionellen Streifen-Assays der Fall ist. Alternativ kann die Verwendung von texturierten Oberflächen in Betracht gezogen werden, die direkt auf der Unterlage 4 ausgebildet oder an dieser angebracht werden. Im Einzelnen können irgendwelche texturierten Oberflächen, die in der Lage sind, eine laterale Strömung der Testlösung hervorzurufen, als Ersatz für das laterale Strömungs-Maschenwerk 34 verwendet werden.
In vorteilhafter Weise bleibt der nachzuweisende Analyt erhalten, und es wird ihm nicht ermöglicht, zu diffundieren oder auf andere Weise außerhalb der Einfanglinie gebunden zu werden. Somit ergibt sich eine verbesserte Empfindlichkeit, die bisher nicht erreichbar war. Entlang dieser Linien wird in Betracht gezogen, dass die in den 6a und 6b gezeigten Teststreifen außerordentlich vorteilhaft für die Verwendung bei der Isolation bestimmter Arten von Zellen sind, wie z. B. Krebszellen und andere Moleküle und biologische Strukturen. In dieser Hinsicht konnten aufgrund der Größe dieser Strukturen in Verbindung mit ihren beschränkten Mengen in einer vorgegebenen Probe (beispielsweise eine Krebszelle in fünfzig Milliarden Zellen, wie sie sich in einer Blutprobe von 10 ml finden) derartige Strukturen in der Vergangenheit nur schwierig zu isolieren und nachzuweisen sein. In dieser Hinsicht werden derartige Strukturen aufgrund ihrer Größe physikalisch an einem Erreichen der Einfang- oder Zielstellen gehindert, die zum Nachweis ihres Vorliegens vorgesehen waren. Bei derartigen Anwendungen hat sich herausgestellt, dass das Nylon-Maschenwerk, wie es für das laterale Strömungs-Maschenwerk 34 verwendet wird, insofern außerordentlich vorteilhaft ist, weil sich herausgestellt hat, dass dieses Maschenwerk erheblich die laterale Strömungsgeschwindigkeit der Reaktionsmischung von der Einfangzone fort (das heißt durch den Magneten 30 erzeugten Magnetfeld) vergrößert, wodurch das Auswaschen von anderen als Ziel-Zellen vergrößert wird. Als Ergebnis können die Zielzellen in größeren Konzentrationen festgehalten werden, und sie können einfacher nachgewiesen werden, als bei bekannten Techniken.
Um die Fähigkeit des in den 6a und 6b gezeigten Teststreifens zur Vergrößerung eines Auswaschens von Zellen weiter zu verbessern (das heißt die Trennung und Isolation von Zielzellen von der Reaktionsmischung zu erleichtern) wird ein alternativer Teststreifen mit einer Strömung in zwei Richtungen geschaffen, wie er in den 7a und 7b gezeigt ist. Es wird zunächst auf die 7a Bezug genommen, in der die gleichen Komponenten des Teststreifens gezeigt sind, wie sie auch in den 6a und 6b gezeigt sind. Im Einzelnen ist eine Unterlage 4 mit ersten und zweiten Absorptions-Kissen 3', 3'' geschaffen, die an den entgegengesetzten Enden hiervon angeordnet sind. Unterhalb der Unterlage 4 ist ein Magnet 30 angeordnet, der zur Erzeugung des Magnetfeldes vorgesehen ist, das zur Erzeugung der gewünschten Einfanglinie erforderlich ist. Weiterhin ist eine Probenschale 36 zur Einführung der Reaktionsmischung in den Teststreifen, gefolgt von einem vertikalen Strömungs-Maschenwerk 32 und einem lateralen Strömungs-Maschenwerk 34 vorgesehen.
Hinsichtlich des letzteren ist jedoch dieses laterale Strömungs-Maschenwerk 34 so ausgelegt, dass es eine allgemein diagonale Ausrichtung gegenüber dem vertikalen Strömungs-Maschenwerk 32 aufweist. Wie dies für den Fachmann zu erkennen ist, erfährt durch die Bereitstellung einer diagonalen Ausrichtung des lateralen Strömungs-Maschenwerkes 34 gegenüber dem vertikalen Strömungs-Maschenwerk 32 die durch diese hindurchfließende Reaktionsmischung eine vergrößerte Geschwindigkeit beim Strömen zu den gegenüberliegenden Absorptions-Kissen 3', 3''. In dieser Hinsicht wird vermieden, dass die Reaktionsmischung in einer senkrechten Richtung fließen muss, wie dies bei der Ausführungsform nach den 6a und 6b der Fall ist, und als solche erfährt sie nicht das Ausmaß an Impedanz, wie dies bei einer Reaktionsmischung der in den 6a und 6b gezeigten Ausführungsform der Fall sein würde. Wie dies weiter oben erläutert wurde, kann als eine Alternative zur Verwendung eines diagonal ausgerichteten lateralen Strömungs-Maschenwerkes 34 der zwischenliegende Teil eine texturierte Oberfläche derart aufweisen, dass dieser betreibbar ist, um einen bestimmten Pfadverlauf und eine Strömungsgeschwindigkeit der über diese strömenden Probe zu definieren.
Weiterhin wird ein neuartiger Analysator mit einem darin enthaltenen Multimode-Photometer-Modul geschaffen, das die Vorderflächen-Fluoreszenz (Fluorometrie-Betriebsart), die Lumineszenz (Luminometrie-Betriebsart) und das Reflexionsvermögen oder die Reflektanz (Densiometrie-Betriebart) an einem einzigen Brennpunkt auf einem Teststreifen messen kann. Die Verwendung mehrfacher optischer Verfahren an einem einzigen Brennpunkt liefert Informationen hinsichtlich der Qualität und Struktur einer einzelnen Einfanglinie sowie der Menge des Analyten, der Kontrollelemente oder der Kalibierelemente, die an der Einfanglinie vorhanden sind. Somit können Genauigkeits- und Präzisionsprobleme, die mit Teststreifen verbunden sind, dadurch zu einem Minimum gemacht werden, dass wesentliche Teststreifen-Stellen unter Verwendung von zwei oder mehr optischen Verfahren abgefragt werden.
Wie dies in 3a gezeigt ist, besteht das Multimode-Photometer aus einer optischen Abdeckung 9a und einer Basis 9b, die zusammenwirken, um einen optischen Tunnel 9 zu bilden. Der optische Tunnel 9 richtet Lichtquellen und Photodetektoren mit Magnetquellen und Testmembranen, chromatografischen Platten usw. aus, um optische Pfade zu bilden. In dieser Hinsicht schließt die Basis 9b einen darin ausgebildeten Kanal zur Aufnahme des Teststreifens der oben genannten Art ein. Die Basis 9b schließt weiterhin vorzugsweise eine Magnetquelle ein, die in dieser befestigt oder gegenüber dem Kanal festgelegt ist, um die gewünschte Einfanglinie an einer bestimmten Stelle innerhalb des optischen Tunnels zu bilden. Beispielsweise kann eine Magnetquelle, wie z. B. ein Magnet, unterhalb der Basis des optischen Tunnels 9b derart angeordnet werden, dass der Teststreifen in dem darüber liegenden Kanal ruht.
Die optische Abdeckung 9a ist so ausgebildet, dass sie eine Decke, durch die hindurch eine Lichtquelle übertragen werden kann, und abgewinkelte Seitenwände aufweist, durch die hindurch das resultierende reflektierte Licht emittiert werden kann. Wie dies für den Fachmann zu erkennen ist, können das Multimode-Photometer und insbesondere der hierdurch gebildete optische Kanal extrudiert, maschinell bearbeitet oder geformt werden, und zwar aus irgendeinem einer Vielzahl von geeigneten für Licht undurchlässigen Materialien, unter Einschluss von, jedoch ohne Beschränkung auf PVC, Abscheidungs-Prozess oder eloxiertem Aluminium. Damit kann der optische Tunnel in wenig aufwändiger Weise aus kostengünstigen Materialien hergestellt werden.
In 3b sind schematisch die Komponenten gezeigt, die zum Analysieren eines Teststreifens mit dem Multimode-Photometer verwendet werden. Zunächst wird ein Anregungs-Pfad 6 von der Lichtquelle 7 an einen Brennpunkt 8 an dem Basisteil 9b des optischen Tunnels gebildet. Wie dies ohne weiteres zu erkennen ist, ist die Magnetquelle, die in die Basis 9b zur Bildung der Einfanglinie auf einer vorgegebenen Testmembran oder chromatografischen Platte eingefügt ist, präzise mit dem Anregungs-Pfad 6 ausgerichtet, so dass der Pfad 6 direkt auf die Einfanglinie gerichtet ist, die durch diese Magnetquelle erzeugt wird. Wie dies zu erkennen ist, können Leuchtdioden (LEDs), Laserdioden, Quecksilberdampflampen und Xenonlampen Beispiele von vielen geeigneten Lichtquellen bilden, die verwendet werden können. Falls dies erforderlich ist, kann ein optisches Filter 10 zur Auswahl einer Anregungs-Wellenlänge 6 verwendet werden. Dieses Anregungsfilter 10 kann auf irgendeiner der Seiten der Abdeckungswand 9a angeordnet sein, vorausgesetzt jedoch, dass sich dieses in dem Anregungs-Pfad 6 zwischen der Lichtquelle und dem Teststreifen befindet. Wenn ein Teststreifen 11 in den optischen Tunnel 9 eingesetzt wird, wird dieser Streifen an seinem Platz an der Basis gehalten und schneidet den Anregungs-Pfad 6 an dem Brennpunkt 8.
Emissions-Pfade 12 werden von dem Brennpunkt zu einem oder mehreren Photodetektoren 13 gebildet. Öffnungen werden unter Verwendung einer radialen Geometrie in der Abdeckungswand 9a unter Winkeln angeordnet, die optisch jeden Photodetektor 13 mit dem Brennpunkt 8 ausrichten. Lichtrohre, Lichtleitfaser und andere Wellenleiter können zur Übertragung des Emissionslichtes an die Photodetektoren 13 verwendet werden. Das Anregungslicht 6 regt Fluorophoren auf dem Teststreifen 11 an dem Brennpunkt 8 an, die dann Licht 12 mit einer längeren Wellenlänge emittieren. Wenn die Lumineszenz verwendet wird, so ist das Anregungslicht 6 nicht erforderlich und kann während der Lumineszens-Messung entfallen. Emissionsfilter 14 werden zur speziellen Auswahl der Emissions-Wellenlänge 12 des Lichtes verwendet, das von der Fluoreszenz oder Lumineszens emittiert wird, und um Spuren des Anregungslichtes 6 zu beseitigen. Wie dies für den Fachmann bekannt ist, kann ein derartiges Emissionsfilter 14 auf jeder Seite der Abdeckungswand 9a angeordnet werden, vorausgesetzt, dass es sich in dem Emissions-Pfad 12 zwischen dem Photodetektor 13 und dem Teststreifen 11 befindet.
Reflektanz-Pfade 15 werden ebenfalls von dem Brennpunkt 8 zu einem oder mehreren Photodetektoren 16 gebildet. Ein derartiger Reflektions-Pfad 15 überträgt sowohl Anregungslicht 6 als auch Emissionslicht 12. Falls erforderlich, können Anregungsfilter 10 verwendet werden, um speziell die Anregungs-Wellenlänge 6 des von dem Teststreifen reflektierten Lichtes auszuwählen und um Spuren von Emissionslicht 12 zu unterdrücken. Dieses Anregungsfilter 10 kann auf jeder Seite der Abdeckungswand 9a angeordnet werden, vorausgesetzt, dass es sich in dem Reflektions-Pfad 15 zwischen dem Photodetektor 16 und dem Teststreifen 11 befindet.
Die Filter 10 und 14 können von dem Typ sein, der in der Technik als Interferenzfilter bekannt ist, aufgrund der Art, wie diese außerhalb des Bandes liegende Aussendungen blockieren. In dieser Hinsicht weisen Interferenzfilter eine extrem niedrige Übertragung außerhalb ihres charakteristischen Bandpasses auf, so dass sie sehr wirkungsvoll bei der Auswahl der gewünschten Anregungs- und Emissions-Wellenlängen sind.
Es ist weiterhin für den Fachmann zu erkennen, dass ein optischer Tunnel mehrfache Brennpunkte haben kann, an denen photometrische Messungen gleichzeitig durchgeführt werden können, was es in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass mehrfache Punkte auf dem Teststreifen für die Probenanalyse und/oder Kalibrierung verwendet werden. Bei derartigen Anwendungen können optische Komponenten, wie z. B. LEDs, Photodioden und Interferenzfilter in Gruppen an jedem Brennpunkt entlang des optischen Tunnels angeordnet werden.
Wie dies perspektivisch in den 4a und 4b gezeigt ist, gibt es unterschiedliche Ansichten eines optischen Tunnels, der mit zwei optischen Gruppen ausgerüstet ist, wie er für eine multispektrale Analyse verwendet werden kann. Eine Lichtquelle 7 (LEDs 7a und 7b sind gezeigt) ist oberhalb eines Anregungsfilters 10 (Filter 10a und 10b sind gezeigt) angeordnet, das seinerseits jede (nicht gezeigte) Anregungsöffnung abdeckt. Zwei von vier Photodioden 13a, 16a mit Filter 10, 14, wie sie in der Querschnittsansicht in 4C gezeigt sind, sind auf der Abdeckung 9a befestigt. Ein Stabmagnet 20a, wie er in 4C gezeigt ist, ist an der Basis des optischen Tunnels unterhalb jedes Brennpunktes 8 derart angeordnet, dass eine geeignete Photometrie-Analyse an jeder Stelle gemacht werden kann.
Obwohl angenommen wird, dass dies aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich ist, wird nachfolgend eine Vielzahl von Beispielen angegeben, mit denen die neuartigen magnetischen Assays und Verfahren der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden können. Wie dies für den Fachmann zu erkennen ist, kann für die Zwecke der Diskussion in den folgenden Beispielen der Ausdruck "Testlösung" die Bedeutung von Testprobe, Test-Kalibrierelement oder Test-Kontrollmaterial haben.
Bezugsbeispiel 1:
Ein Teststreifen wird gemäß der in 1 angegebenen Beschreibung hergestellt. Die Unterlage 4 wird in ihrer Länge über das Ende des Absorptions-Kissens 3 hinaus verlängert, um das Aufbringen von Barcodes, Fluoreszenz-Markierungen und anderen Anzeigen auf der Unterlage 4 zu ermöglichen. Die Reagenzzone 3 enthält Streptavidin-konjugierte magnetische Teilchen, Puffer, Stabilisatoren, Tenside und andere Reagenzien in trockener Form.
Der Teststreifen 11 wird mit dem Ende des Absorptions-Kissens 3 voraus in den optischen Tunnel eingeschoben. Indikatoren auf dem Teststreifen werden als Kalibrierinformation von dem Analysator interpretiert. Beispielsweise überprüft der Analysator, dass der gleiche Barcode an beiden Brennpunkten 8a und 8b gelesen wurde, und er speichert Reflektanz- und Fluoreszenzwerte für die Photodetektoren 13 und 16. Die Kalibrierinformation und die gemessenen Werte werden von dem Analysator verwendet, um die Qualität und Struktur einer einzelnen Einfanglinie sowie die Menge des Analyten, des Kontrollmediums und des Kalibriermediums zu überprüfen, das an der Einfanglinie vorhanden ist, und um die Betriebsleistung jedes optischen Moduls zu überprüfen.
In einem getrennten Behälter fügt der Benutzer ein gemessenes Volumen der Probe zu einem gemessenen Volumen von Testreagenzien hinzu und mischt sie zur Bildung einer Reaktionsmischung. Die Testreagenzien schließen Biotinkonjugiertes Anti-Beta-HCG und mit fluoreszenten Mikrokugeln konjugierte Anti-Alpha-HCG ein, die zusammen HCG-Moleküle binden, die in der Probe enthalten sind.
Ein dosiertes Volumen dieser Reaktionsmischung wird auf die Teststreifen-Reagenzzone 2 aufgebracht und sie bildet eine neue Reaktionsmischung, die magnetische Teilchen in Suspension als Puffer, Stabilisatoren, Tenside und andere Reagenzien enthält, die vorher auf der Reagenzzone 2 getrocknet wurden. Die magnetischen Teilchen bilden das Biotin-Konjugat in allen ihren komplexierten Formen unter Einschluss derjenigen, die einen zusammenwirkenden Komplex (Sandwich-Assay) mit HCG und dem Anti-Alpha-HCG-Konjugat gebildet haben. Somit sind die fluoreszenten Mikrokugeln indirekt mit den magnetischen Teilchen proportional zur Menge des Analyten gebunden, der in der Reaktionsmischung enthalten ist.
Während die in der Reaktionsmischung suspendierten magnetischen Teilchen lateral in der Ebene des Teststreifens 11 strömen, treffen sie auf ein Magnetfeld auf, das durch den Stabmagnet 20 aufgebracht wird, der an der Basis 9b des optischen Tunnels 9 angebracht ist. Das angewandte Magnetfeld zieht die magnetischen Teilchen an und bildet eine magnetische Sperre, die selektiv die magnetischen Teilchen an dem Brennpunkt 8 festhält, während sie es der Reaktionsmischung ermöglicht, lateral über diese Sperre hinweg in Richtung auf das Absorptions-Kissen 3 zu fließen.
Ein dosiertes Volumen einer Waschlösung kann ebenfalls nachfolgend zu der Hinzufügung der Reaktionsmischung hinzugefügt werden. Dies verringert die Menge der von der Testmembran 1 festgehaltenen fluoreszenten Mikrokugeln und der magnetischen Teilchen aufgrund einer nichtspezifischen Bindung.
Der Analysator überwacht und vergleicht die Photodetektoren 16a und 16b, die die Reflektanz an dem Brennpunkt 8a und 8b messen. Die reflektierte Lichtintensität an dem Brennpunkt 8a nimmt ab, wenn die magnetischen Teilchen durch den Magneten 20 festgehalten werden. Die reflektierte Lichtintensität an dem Brennpunkt 8b ist eine Hintergrund-(Grund-)Messung, die zur Korrektur von Unterschieden zwischen einzelnen Teststreifen und Probenmatrix-Effekten verwendet wird. Dies ermöglicht es dem Analysator, festzustellen, ob die magnetischen Teilchen richtig an dem Brennpunkt 8a eingefangen wurden, und Proben zurückzuweisen, die hämolysiert wurden oder erhöhte Mengen an Chromophoren, wie z. B. Bilirubin enthalten. Wenn die reflektierte Lichtintensität an den Brennpunkten 8a und 8b nicht während eines vorher definierten Zeitablaufs innerhalb einer Spezifikation liegen, wird der Test als ungültig bestimmt und es wird kein Ergebnis berichtet.
Abwechselnd mit den Photodetektoren 16a und 16b überwacht und vergleicht der Analysator weiterhin die Photodetektoren 13a und 13b, die die Fluoreszenz messen. Die emittierte Lichtintensität an dem Brennpunkt 8b ist eine Hintergrund-(Grund-)Messung, die zur Korrektur von nichtspezifischen Bindungsdifferenzen zwischen einzelnen Teststreifen und Probenmatrix-Effekten verwendet wird. Der Analysator vergleicht die Hintergrund-Emissionsmessung bei 8b und die Test-Emissionsmessung bei 8a und berechnet die HCG-Konzentration.
Bezugsbeispiel 2:
Das Beispiel 2 entspricht dem Beispiel 1, weist jedoch die folgenden Unterschiede auf:
Die Reagenzzone 2 enthält alle Testreagenzien, die in einer getrockneten Einheitsdosis-Form vorverpackt sind und Folgendes einschließen: Streptavidinkonjugierte magnetische Teilchen, Biotin-konjugiertes Anti-Beta-HCG, und mit fluoreszenten Mikrokugeln konjugiertes Anti-Alpha-HCG, die zusammen in der Probe vorliegende HCG-Moleküle binden. Die Reagenzzone 2 enthält weiterhin Puffer, Stabilisatoren, Tenside und andere Reagenzien in trockener Form.
Der Benutzer fügt ein dosiertes Volumen der Testlösung direkt zu der Reagenzzone 2 hinzu.
Bezugsbeispiel 3:
Das Beispiel 3 entspricht dem Beispiel 2, jedoch mit den folgenden Unterschieden: Anti-Alpha-HCG wird unter Verwendung von alkalischer Phosphatase anstelle von fluoreszenten Mikrokugeln konjugiert.
Ein gemessenes Volumen eines fluoreszenten Substrates wird zu der Reagenzzone 2 nach der Hinzufügung des gemessenen Volumens der Waschlösung hinzugefügt.
Bezugsbeispiel 4:
Das Beispiel 4 entspricht allen den vorstehenden Beispielen, jedoch mit den folgenden Unterschieden:
Das Beispiel 4 setzt ein Reagenz-Kissen 5 an die Stelle der Reagenzzone 2 in jedem der vorhergehenden Beispiele.
Bezugsbeispiel 5:
Ein Teststreifen wird entsprechend den in 1 angegebenen Vorgaben hergestellt. Die Unterlage 4 wird in ihrer Länge über das Absorptions-Kissen 3 hinaus verlängert, um das Aufbringen von Barcodes, fluoreszenten Markierungen und anderen Anzeigen auf der Unterlage 4 zu ermöglichen. Die Reagenzzone 2 enthält mit Streptavidin konjugierte magnetische Teilchen, Puffer, Stabilisatoren, Tenside und andere Reagenzien in trockener Form.
In einem getrennten Behälter fügt der Benutzer ein dosiertes Volumen der Testlösung (die Zellen, Zellen-Lysat, Gesamt-RNA enthält) zu einem dosierten Volumen von Testreagenzien hinzu und mischt diese, um eine Reaktionsmischung zu bilden. Die Testreagenzien schließen eine biotinierte Oligo-(dT-)Probe und eine fluoreszente 5'-Farbstoff-markierte DNA-Hybridisierungs-Probe ein, die für Chlamydia spezifisch ist.
Ein dosiertes Volumen dieser Reaktionsmischung wird auf die Reagenzzone 2 des Teststreifens aufgebracht. Wenn die Reaktionsmischung mit der Reagenzzone 2 in Kontakt kommt, bildet sie eine neue Reaktionsmischung, die magnetische Teilchen in Suspension sowie Puffer, Stabilisatoren, Tenside und andere Reagenzien enthält, die vorher in der Reagenzzone 2 getrocknet wurden, wobei die biotinierte Oligo-(dT-)Probe spezifisch mit dem 3'-Poly-(A-)Bereich der gesamten mRNA hybridisiert, die in der Testlösung vorliegt. Entsprechend wird die gesamte mRNA an den magnetischen Teilchen für eine Biotin/Streptavidin-Bindung gebunden. Die markierte Hybridisierungs-Probe bindet sich andererseits lediglich an Ziel-mRNA. Die magnetischen Teilchen binden die biotinierte Oligo-(dT-)Probe in allen ihren komplexierten Formen unter Einschluss derjenigen, die einen zusammenwirkenden Komplex (Hybrid) mit Chlamydia-mRNA und der fluoreszierenden Farbstoffmarkierten DNA-Hybridisierungs-Probe gebildet haben, der für Chlamydia spezifisch ist. Somit ist der fluoreszente Farbstoff indirekt an den magnetischen Teilchen in einer Proportion zu der Menge an Chlamydia-mRNA gebunden, die in der Reaktionsmischung vorliegt.
Während die in der Reaktionsmischung suspendierten magnetischen Teilchen lateral in der Ebene des Teststreifens 11 strömen, treffen sie auf ein Magnetfeld auf, das unter Verwendung eines Stabmagneten 20 angebracht wird, der an der Basis 9b des optischen Tunnels 9 angebracht ist. Das angewandte Magnetfeld zieht die magnetischen Teilchen an und bildet eine magnetische Sperre, die selektiv die magnetischen Teilchen an dem Brennpunkt 8 festhält, während die Reaktionsmischung weiter lateral über diese Sperre in Richtung auf das Absorptions-Kissen 3 strömen kann.
Ein dosiertes Volumen einer Waschlösung kann ebenfalls nachfolgend zu der Hinzufügung der Reaktionsmischung hinzugefügt werden. Dies verringert die Menge der markierten DNA-Probe, die von der Testmembran 1 und den magnetischen Teilchen aufgrund einer nichtspezifischen Bindung festgehalten werden.
Der Analysator überwacht und vergleicht die Photodetektoren 16a und 16b, die die Reflektanz an dem Brennpunkt 8a und 8b messen. Die reflektierte Lichtintensität an dem Brennpunkt 8a nimmt ab, während die magnetischen Teilchen von dem Magneten 20 festgehalten werden. Die reflektierte Lichtintensität an dem Brennpunkt 8b ist eine Hintergrund-(Grund-)Messung, die zur Korrektur von Unterschieden zwischen den einzelnen Teststreifen und Probenmatrix-Effekten verwendet wird. Dies ermöglicht es dem Analysator, festzustellen, ob die magnetischen Teilchen richtig an dem Brennpunkt 8a eingefangen wurden, und Proben zurückzuweisen, die hämolysiert sind, oder erhöhte Mengen an Chromophoren, wie z. B. Bilirubin, enthalten. Wenn die reflektierte Lichtenergie an den Brennpunkten 8a und 8b während einer vordefinierten Zeitdauer innerhalb der Spezifikation liegt, wird der Test als ungültig betrachtet und kein Ergebnis wird berichtet. Abwechselnd mit den Photodetektoren 16a und 16b überwacht und vergleicht der Analysator auch die Photodetektoren 13a und 13b, die die Fluoreszenz messen. Die emittierte Lichtintensität an dem Brennpunkt 8b ist eine Hintergrund-(Grund-)Messung, die zur Korrektur von nichtspezifischen Bindungsdifferenzen zwischen einzelnen Teststreifen und Probenmatrix-Effekten verwendet wird. Der Analysator vergleicht die Hintergrund-Emissionsmessung bei 8b und die Test-Emissionsmessung bei 8a und berechnet die Chlamydia-Konzentration, oder er stellt einfach fest, ob Chiamydia in der Testlösung vorliegt.
Bezugsbeispiel 6:
Es können andere Detektionsverfahren mit der magnetischen Chromatografie verwendet werden. In diesem Beispiel wird ein Röntgenstrahl-Film zur Feststellung des Vorhandenseins von Ziel-DNA in einer Population von transfizierten Zellen verwendet. Eine PCR-Verstärkung von CDNA, das in jeder Testlösung vorliegt, wird unter Verwendung von mit P32 markierten Nukleotiden durchgeführt. Die verstärkte DNA wird unter Verwendung einer 5'-Biotin-DNA-Hybridisierungs-Probe hybridisiert, wodurch eine Reaktionsmischung gebildet wird, die auf die Reagenzzone 2 des Teststreifens aufgebracht wird, die mit Streptavidin konjugierte magnetische Teilchen enthält.
Unter Verwendung des Teststreifens der in 5b gezeigten Art wird eine Waschlösung auf die Reagenzzone 2 nachfolgend zum Aufbringen der Reaktionsmischung aufgebracht.
Ein Blatt eines Röntgenstrahl-Films wird auf die Oberseite der Teststreifen-Anordnung aufgebracht und für eine geeignete Zeitdauer belichtet.
Ein sichtbares Band ist auf dem entwickelten Röntgenstrahl-Film sichtbar, dessen Position einer Probe entspricht, die für die Ziel-DNA positiv getestet wurde.
Bezugsbeispiel 7:
Das Beispiel 7 entspricht dem Beispiel 6 mit Ausnahme der folgenden Unterschiede:
Die PCR-Verstärkung wird unter Verwendung von 5'-fluoreszenten Farbstoff markierten Primer durchgeführt.
Die Teststreifen-Anordnung wird in einen Fluoreszenz-Scanner gebracht. Der Fluoreszenz-Scanner detektiert ein Fluoreszenz-Band, dessen Position einer Probe entspricht, die für die Ziel-DNA positiv getestet wurde.
Bezugsbeispiel 8:
Das Beispiel 8 entspricht dem Beispiel 1, jedoch mit den folgenden Unterschieden: Die Unterlage 4 ist ein Mikroskop-Objektträger.
Der Magnet 20 ist oberhalb der Testmembran 1 angeordnet, so dass der Magnet 20 nicht mit der Testmembran 1 in Kontakt steht.
Ein Fluoreszenz-Mikroskop wird zum Zählen einzelner fluoreszenter Mikrokugeln verwendet, die an den magnetischen Teilchen gebunden sind.
Bezugsbeispiel 9:
Ein Teststreifen wird gemäß der anhand der 1 gegebenen Beschreibung hergestellt. Die Länge der Unterlage 4 ist über das Ende des absorbierenden Kissens hinaus verlängert, um das Aufbringen von Barcodes, Fluoreszenz-Markierungen und anderen Anzeigen auf der Unterlage 4 zu ermöglichen. Die Reagenzzone 2 enthält mit Streptavidin konjugierte magnetische Teilchen von 0,86 Mikrometer, mit Anti-Maus-IgG konjugierte magnetische Teilchen von 150 nm, Puffer, Stabilisatoren, Tenside und andere Reagenzien in trockener Form.
Der Teststreifen 11 wird mit dem Ende des Absorptions-Kissens 3 voraus in den optischen Tunnel 9 eingeführt. Indikatoren auf dem Teststreifen werden als Kalibrierinformation durch den Analysator interpretiert. Beispielsweise überprüft der Analysator, dass der gleiche Barcode an beiden Brennpunkten 8a und 8b gelesen wurde und speichert die Reflektanz- und Fluoreszenz-Werte für die Photodetektoren 13 und 16. Die Kalibrierinformation und die gemessenen Werte werden von dem Analysator verwendet, um die Qualität und Struktur einer einzelnen Einfanglinie sowie die Menge des Analyten, des Kontrollmediums oder des Kalibriermediums zu überprüfen, das an der Einfanglinie vorliegt, und um die Betriebsleistung jedes optischen Moduls zu überprüfen.
In einem getrennten Behälter fügt der Benutzer ein dosiertes Volumen der Probe zu einem gemessenen Volumen der Testreagenzien hinzu und mischt sie, um eine Reaktionsmischung zu bilden. Die Testreagenzien schließen mit Biotin konjugiertes Ziegen-Anti-Beta-FSH und mit fluoreszenten Mikrokugeln konjugiertes Ziegen-Anti-Alpha-FSH ein, die zusammen FSH-Moleküle binden, die in der Probe vorliegen. Die Testreagenzien schließen weiterhin Maus-Anti-Beta-LH und mit fluoreszenten Mikrokugeln konjugiertes Ziegen-Anti-Alpha-LH ein, die zusammen FSH-Moleküle binden, die in der Probe vorliegen.
Ein dosiertes Volumen dieser Reaktionsmischung wird auf die Reagenzzone 2 des Teststreifens aufgebracht. Wenn die Reaktionsmischung mit der Reagenzzone 2 in Kontakt kommt, bildet sie eine neue Reaktionsmischung, die magnetische Teilchen mit 0,86 Mikrometern und 150 Nanometer in Suspension sowie Puffer, Stabilisatoren, Tenside und andere Reagenzien enthält, die vorher auf der Reagenzzone 2 getrocknet wurden. Die magnetischen Teilchen mit 0,86 Mikrometern bilden das Biotin-Konjugat in allen seinen komplexierten Formen unter Einschluss derjenigen, die einen zusammenwirkenden Komplex (Sandwich-Assay) mit FSH und dem Anti-Alpha-FSH-Konjugat gebildet haben. Somit sind fluoreszierende Mikrokugeln indirekt mit den magnetischen Teilchen proportional zur Menge des in der Reaktionsmischung vorliegenden Analyten gebunden. Die magnetischen Teilchen von 150 nm binden das Maus-Anti-Beta-LH-Konjugat in allen seinen komplexierten Formen unter Einschluss derjenigen, die einen zusammenwirkenden Komplex (Sandwich-Assay) mit LH und dem Ziegen-Anti-Alpha-LH-Konjugat gebildet haben. Somit werden fluoreszierende Mikrokugeln indirekt an den magnetischen Teilchen proportional zu der Menge des Analyten gebunden, der in der Reaktionsmischung vorliegt.
Während die magnetischen Teilchen, die in der Reaktionsmischung suspendiert sind, lateral in der Ebene des Teststreifens strömen, treffen sie auf ein erstes Magnetfeld auf, das unter Verwendung eines Stabmagneten 20a angewandt wird, der an der Basis 9b des optischen Tunnels 9 angebracht ist. Das angewandte Magnetfeld weist eine ausreichende Stärke auf, damit es eine magnetische Sperre bildet, die selektiv die magnetischen Teilchen mit 0,86 Mikrometern an den Brennpunkt 8a festhält, während es der Reaktionsmischung, die magnetische Teilchen mit 150 nm in der Suspension einschließt, ermöglicht wird, weiter lateral über diese Sperre in Richtung auf das Absorptions-Kissen 3 zu strömen.
Während die in der Reaktionsmischung suspendierten magnetischen Teilchen mit 150 nm lateral in der Ebene des Teststreifens 11 strömen, treffen sie auf ein zweites Magnetfeld auf, das unter Verwendung eines zweiten (nicht gezeigten) Stabmagneten 20b angewandt wird, der an der Basis 9b des optischen Tunnels 9 angebracht ist. Das zweite angewandte Magnetfeld ist beträchtlich stärker als das erste angewandte Magnetfeld. Das zweite angewandte Magnetfeld ergibt eine magnetische Sperre, die selektiv die magnetischen Teilchen mit 150 nm an dem Brennpunkt 8b festhält, während die Reaktionsmischung weiter lateral über diese zweite magnetische Sperre hinweg in Richtung auf das Absorptions-Kissen 3 strömen kann.
Ein gemessenes Volumen einer Waschlösung kann ebenfalls nachfolgend zu der Hinzufügung der Reaktionsmischung hinzugefügt werden. Dies verringert die Menge der von der Testmembran 1 festgehaltenen fluoreszierenden Mikrokugeln und der magnetischen Teilchen aufgrund einer nichtspezifischen Bindung.
Der Analysator überwacht und vergleicht die Photodetektoren 16a und 16b, die die Reflektanz an dem Brennpunkt 8a und 8b messen. Die reflektierte Lichtintensität an dem Brennpunkt 8a nimmt ab, während die magnetischen Teilchen von dem ersten Magneten 20a und dem zweiten (nicht gezeigten) Magneten festgehalten werden. Die reflektierte Lichtenergie an den Brennpunkten 8a und 8b sind Messungen, die zur Feststellung verwendet werden, ob die magnetischen Teilchen in geeigneter Weise an den Brennpunkten 8a und 8b eingefangen wurden. Wenn die reflektierte Lichtintensität an dem Brennpunkt 8a und 8b während eines vorgegebenen Zeitablaufs innerhalb der Spezifikation liegen, wird der Test als ungültig betrachtet und es wird kein Ergebnis berichtet.
Abwechselnd mit den Photodetektoren 16a und 16b überwacht und vergleicht der Analysator außerdem die Photodetektoren 13a und 13b, die die Fluoreszenz messen. Die emittierte Lichtintensität an den Brennpunkten 8a und 8b wird zur Berechnung der FSH- bzw. LH-Konzentrationen verwendet. Der Analysator vergleicht diese emittierten Lichtintensitäten mit denen der Testlösungen, die bekannte Konzentrationen von FSH und LH enthalten, und zwar auf der Grundlage dieser Parameter, und er berechnet die FSH- und LH-Konzentrationen. Es ist ausdrücklich festzustellen, dass zusätzlich zu den hier gebildeten magnetisch erzeugten Einfanglinien zusätzliche Einfanglinien wie bei konventionellen Teststreifen-Assays gebildet werden können, die die Verwendung von gebundenen Rezeptoren beinhalten, die auf einer Testmembran gebildet sind.
Bezugsbeispiel 10:
Ein Teststreifen wird gemäß der anhand der 7a und 7b angegebenen Beschreibung hergestellt. Die Unterlage 4 wird aus einem Mikroskop-Objektträger gebildet. Das laterale Strömungs-Maschenwerk 34 (chromatografisches Medium oder stationäre Phase) besteht aus einem Maschenwerk mit Poren von 105 Mikrometern, das aus einer gewebten Nylonfaser hergestellt ist. Die Kanten der jeweiligen Maschenwerke 32, 34 werden an der Mikroskop-Objektträgerunterlage 4 unter Verwendung irgendeines geeigneten Klebebandes zum Anhaften gebracht. Dies ergibt eine klebemittelfreie Zone und ermöglicht es dem lateralen Strömungs-Maschenwerk 34, einen direkten Kontakt mit der Mikroskop-Objektträgerunterlage 4 herzustellen. Die Schale 36 ist konzentrisch zu dem jeweiligen Maschenwerk 32, 34 unter Verwendung irgendeines geeigneten Klebemittels oder anderer mechanischer Einrichtungen befestigt, die die bilaterale Strömung B der Testlösung nicht stören. Die Absorptions-Kissen 3', 3'' haben ungefähr gleiche Abmessungen und eine Gesamt-Absorptionskapazität, die größer als die kombinierten Volumina der flüssigen Reagenzien, Testlösungen, Waschlösungen und dergleichen sind. Wie dies in den 7a und 7b gezeigt ist, stehen beide Absorptions-Kissen 3', 3'' in Flüssigkeitskontakt mit dem lateralen Strömungs-Maschenwerk 34.
In einem getrennten Behälter kann der Benutzer ein dosiertes Volumen der Testlösung (beispielsweise peripheres Blut oder Knochenmark, von dem vermutet wird, dass es Krebszellen enthält) zu einem gemessenen Volumen von Testreagenzien hinzufügen und sie mischen, um eine Reaktionsmischung zu bilden (mobile Phase). Wenn dies erwünscht ist, können übliche Laborverfahren zur Entfernung der roten Blutzellen von der Testlösung vor dem Mischen mit den Testreagenzien verwendet werden. Die Testreagenzien können magnetische Teilchen umfassen, die mit Antikörpern konjugiert sind, die für zumindest eine Krebszellenart des Menschen spezifisch sind. Diese Antikörper binden sich an den Ziel-Krebszellen-Typ oder die Typen, um sie magnetisch zu machen. Nachfolgend wird ein dosiertes Volumen von mit fluoreszierendem Farbstoff markierten Antikörpern, die für den gleichen Krebszellen-Typ oder die Typen spezifisch sind, zu der gleichen Reaktionsmischung hinzugefügt. Diese Antikörper können sich an die verbleibenden verfügbaren Stellen auf dem Krebszellen-Typ oder den Typen binden, um sie fluoreszierend zu machen. Daher enthält die Reaktionsmischung einen oder mehrere Krebszellen-Typen, die sowohl magnetisch als auch fluoreszierend gemacht wurden.
Der Teststreifen wird an einer strategischen Stelle oberhalb des Stabmagneten 30 angeordnet, so dass eine Öffnung am Boden der Schale 36 oberhalb des Stabmagneten 30 angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Öffnung am Boden der Schale 36 vollständig von dem Farbmagneten 30 umgeben. Die Reaktionsmischung wird in die Schale 36 eingebracht. Die Schwerkraft bewirkt nachfolgend, dass die Reaktionsmischung sich nach unten durch die Schale 36 entlang der Richtung A bewegt, bis sie mit dem vertikalen Maschenwerk 32 in Kontakt kommt. Bei dem Kontakt mit dem vertikalen Maschenwerk 32 wird die Reaktionsmischung durch eine Kombination einer Kapillarwirkung und der Schwerkraft durch die Poren innerhalb des vertikalen Maschenwerkes 32 gezwungen. Die Reaktionsmischung kann dann mit dem lateralen Strömungs-Maschenwerk 34 in Kontakt kommen, das die flüssige Reaktionsmischung in zwei Richtungen B', B'' durch die Kapillarwirkung befördert, bis die Reaktionsmischung von dem Absorptions-Kissen 3', 3'' absorbiert wird.
Während die magnetischen Teilchen und die magnetisch markierten Zellen in der Reaktionsmischung von der Schale 36 zu dem lateralen Strömungs-Maschenwerk 34 fließen, treffen sie auf ein Magnetfeld auf, das über den Stabmagnet 30 angewandt wird. Das angewandte Magnetfeld bildet eine magnetische Sperre, die selektiv eine Mehrzahl der magnetischen Teilchen und der magnetisch markierten Krebszellen in einer schmalen Erfassungszone festhält. Der nicht-magnetische Rest der Reaktionsmischung kann seine Strömung in zwei Richtungen B über diese Sperre hinweg zu den Absorptions-Kissen 3', 3'' fortsetzen.
Nach der Hinzufügung der Reaktionsmischung kann ein Volumen einer Waschlösung in der Schale 36 angeordnet werden, während der Teststreifen an seiner Position über dem Stabmagnet 30 bleibt. Die magnetisch markierten Zielzellen und magnetischen Teilchen bleiben durch die Magnetsperre festgehalten, während die Nicht-Ziel-Zellen und nicht gebundene fluoreszierende Antikörper aus der Einfangzone ausgewaschen werden.
Unter Verwendung des vorstehenden Verfahrens können über 100 Millionen Zellen auf einen einzigen Mikroskop-Objektträger aufgebracht werden. Ein derartiges Verfahren verringert die Anzahl von Bildern, die erzeugt und überprüft werden müssen, von 48.000 auf weniger als 40. Der Fachmann wird unmittelbar den Vorteil des Einfangens der Zellen direkt auf den Objektträger erkennen, derart, dass keine Zellen während des Überführungsschrittes verloren gehen, was als ein schwerwiegender Fehler bei bekannten Zellen-Überprüfungstechniken bekannt ist.
Bezugsbeispiel 11:
Das Beispiel 11 entspricht dem Beispiel 10, jedoch mit den folgenden Unterschieden:
Ein Teststreifen wird gemäß der Beschreibung hergestellt, die anhand der 7 gegeben wurde. Die Unterlage 4 ist aus einem Mikroskop-Objektträger gebildet, der unter Verwendung eines optisch klaren Kunststoffs hergestellt wurde, wie z. B. Polykarbonat oder Acryl. Das chromatografische Medium oder die stationäre Phase 34 besteht aus einer Textur, die direkt auf der oberen Oberfläche des Mikroskop-Objektträgers während des Herstellungsprozesses gebildet wird (beispielsweise durch Spritzguss, Heißpressen oder Gießen). Die Textur kann irgendeine geeignete Form zur Erzielung einer lateralen Strömung der Testlösungen und Reagenzien durch Kapillarkraft annehmen.

Claims

Magnetisches Chromatografie-Verfahren zur Durchführung einer biochemischen Analyse, mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines chromatografischen Mediums; b) Anwenden eines Magnetfeldes an einem Ort auf dem chromatografischen Medium; c) Bereitstellen einer Reaktionsmischung, von der angenommen wird, dass sie einen Analyten, einen Reporter-Liganden, der sich an den Analyten bindet, und eine Menge von darin suspendierten magnetischen Teilchen mit Einfang-Liganden zum Binden des daran immobilisierten Analyten enthält; d) in Kontakt bringen der Reaktionsmischung mit dem chromatografischen Medium an dem Ort des Magnetfeldes derart, dass die Reaktionsmischung lateral über das chromatografische Medium fließt und bewirkt wird, dass eine Mehrheit der in der Reaktionsmischung suspendierten magnetischen Teilchen auf dem Medium an dem Ort eingefangen wird, an dem das Magnetfeld angewandt wird; und e) Analysieren der Mehrheit der magnetischen Teilchen, die auf dem chromatografischen Medium eingefangen wurden.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt d) das Magnetfeld durch einen Magneten erzeugt wird.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt b) das Magnetfeld durch einen Elektromagneten erzeugt wird.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt b) das Magnetfeld durch Anordnung eines Magneten in enger Nähe zu einem chromatografischen Medium angewandt wird.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt c) die magnetischen Teilchen einen damit komplexierten Analyten, Rezeptor und Marker aufweisen.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 5, bei der Marker einen detektierbaren chemischen Anteil umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus radioaktiven, fluoreszierenden, enzymatischen und Farbstoff-Anteilen ausgewählt ist.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 2, bei dem im Schritt b) das Magnetfeld durch eine magnetische Schiene geliefert wird, die eine Breite zwischen 0,0762 mm (0,003 Zoll) und 7,62 cm (3,0 Zoll) und eine Länge zwischen 0,254 mm (0,010 Zoll) und 2,54 cm (1,00 Zoll) aufweist.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 1, bei der im Schritt b) das Magnetfeld durch zumindest zwei Magnete geliefert wird.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt c) die magnetischen Teilchen einen Durchmesser aufweisen, der im Bereich zwischen 1 Millimeter bis 10 Mikrometern liegt.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt a) das chromatografische Medium eine Test-Membran umfasst.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt a) das chromatografische Medium eine chromatografische Platte umfasst.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt a) das chromatografische Medium einen Test-Streifen umfasst, wobei der Test-Streifen einen Träger mit einem eine Flüssigkeit empfangenden Ende, einer Test-Membran und einem flüssigkeitsabsorbierenden Ende aufweist, die darauf in einer sequenziellen Weise ausgebildet sind, wobei die Test-Membran zwischen dem die Flüssigkeit empfangenden Ende und dem die Flüssigkeit absorbierenden Ende derart angeordnet ist, dass das die Flüssigkeit empfangende Ende, die Test-Membran und das die Flüssigkeit absorbierende Ende zusammenwirken, um eine laterale Strömungsrichtung zu definieren.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 1, bei der im Schritt c) der Einfang-Ligand kovalent an die magnetischen Teilchen gebunden ist.
Magnetischen Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt c) der Einfang-Ligand an die Oberfläche der magnetischen Teilchen adsorbiert ist.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt c) der Analyt in der Probe vorliegt und der Analyt aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Kontroll-Analysen und einem Kalibrier-Analyten besteht.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren zur sequenziellen Ausführung einer Vielzahl von biochemischen Analysen, mit den Folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer Mehrzahl von chromatografischen Medien; b) Anwenden eines Magnetfeldes auf dedizierte Orte auf jeweiligen der Mehrzahl von chromatografischen Medien; c) Bereitstellen von zumindest einer Reaktionsmischung, von der angenommen wird, dass sie zumindest einen Analyten, einen Reporter-Liganden, der sich an den zumindest einen Analyten bindet, und eine Menge von darin suspendierten magnetischen Teilchen mit Einfang-Liganden zum Binden an zumindest einen der daran immobilisierten Analyten enthält; d) in Kontakt bringen der zumindest einen Reaktionsmischung mit der Mehrzahl von chromatografischen Medien an den dedizierten magnetischen Feld-Orten derart, dass die zumindest eine Reaktionsmischung lateral über derartige jeweilige eine der Medien strömt und eine Mehrheit der in der zumindest einen Reaktionsmischung suspendierten magnetischen Teilchen dazu gebracht wird, auf einem jeweiligen der Mehrzahl von chromatografischen Medien an den Orten eingefangen zu werden, an denen das Magnetfeld angewandt wird; und e) Analysieren der Mehrheit von magnetischen Teilchen, die auf dem chromatografischen Medien eingefangen werden.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 16, bei dem im Schritt a) das chromatografische Medium aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Test-Membranen und chromatografischen Platten besteht.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 16, bei dem im Schritt b) das Magnetfeld durch eine magnetische Schiene erzeugt wird.
Magnetisches Chromatografie-Verfahren nach Anspruch 18, bei dem im Schritt b) die magnetische Schiene in enger Nähe zu dedizierten Orten auf jeweiligen der Mehrzahl von chromatografischen Medien angeordnet ist.