检测流体在测试条上的存在的方法和设备的制作方法

专利名称：检测流体在测试条上的存在的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明的领域是涉及用来测量生物流体中分析物质的浓度或生物流体的性质的流体医学诊断设备。
由一次性使用的测试卡或条与用来读取这些条的计量器组成的化验系统已越来越多地使用在许多上述诊断过程中。在这些系统内使用的许多测试卡或条中，流体被引入该条的一个位置上，例如样品的施加位置，而却在另一位置，例如测量位置上进行分析。在这种设备中需要将该引入的流体从样品施加位置移动到测量位置。这样，这些设备都需要一装置来将流体从样品施加位置移动到测量位置。
在上述化验系统中找到用途的一类流体测试卡或条中，通过负压使流体从引入位置流过该设备，这里的负压典型地是由一可压缩的气囊来提供的。这样的设备包括在U.S.专利3,620,676；U.S.专利3,640,267.和EP 0 803 288中描述的那些设备。在这些类型的设备中，在施加样品到测试条的样品施加位置之前必须先压缩气囊，然后在将样品施加到样品施加位置后使其解压。
对于使用在上述系统中来说，有意义的是一个在使用中能自动地以正确的而且可再现的方式激励测试条的气囊的计量器。因此，开发一能识别流体样品在测试条上的施加，并响应于其而激励气囊的计量器是有意义的。相关文献有意义的参考包括U.S.专利No.3,620,676；3,640,267；4,088,448；4,420,566；4,426,451；4,868,129；5,049,487；5,104,813；5,230,866；5,627,04；5,700,695；5,736,404；5,208,163；5,708,278和欧洲专利申请EP 0 803 288。
图2是

图1设备的分解图。
图3是图1设备的透视图。
图4是用于本发明设备的计量器的示意图。
图5是用于确定PT时间的数据曲线。
图6A-6E提供了该主题发明的样品施加的检测方法的一顺序表示。
在进一步描述该主题发明之前，应明白该发明并不限于发明的下述的特定实施例，因为对特定的实施例可作一些变化，而且仍然属于该附录权利要求的范围。还应明白，使用的术语是为了描述特定的实施例，而不是有意进行限定。代之的是，本发明的范围将由附录的权利要求确定。
在本说明和附录的权利要求书中，除非文中另有明确说明，单数引用包括了多个引用。除非另有定义，这里所使用的所有的技术和科学术语都具有与本发明所属领域的普通技术人员所共同理解的相同意义。方法如上概述，该主题发明提供了一些方法，在将该测试条放进计量器时用来检测流体样品在测试条上的施加，一般来说该计量器为一光学计量器。换句话说，该主题方法提供了一种装置用来确定流体样品向测试条表面的施加。因此，当该测试条存在于光学计量器中时，该主题方法至少能提供关于是否流体样品已被放在测试样品的施加位置上的数据。在许多实施例中该主题方法还能对最少量或阀值量的样品施加到该测试条表面进行检测，而且在某些实施例中还能确定已施加在测试条上的流体量。
在实施该主题方法时，首先获得从该测试条上来的反射数据，在这里该反射数据被用来至少确定是否样品已被施加到该测试条上，在这里该反射数据通常还会产生关于是否已将该阀值量的样品施加到该测试条上的信息。所谓反射数据是指在一段时间上所获得的一系列反射值。所谓反射值是指观察到的反射光的量，在这里反射的光可以是镜面的和/或漫射的反射光，而且通常是指镜面的和漫射的两种反射光。
为了获得必需的反射数据在其上确定反射值的时间段至少是从将样品施加到测试条上之前的一点到将样品施加到测试条上之后的一点的范围，在这里在某些实施例中该时间段是从将该测试条引入该光学计量器之后开始，而在某些另外的实施例中该时间段却是从将该测试条引入该光学计量器之前的一点到将样品施加到该计量器中存在的该测试条上之后一点的时间范围。照此，在获得该必需的反射数据的过程中，测量反射值的时间段一般为大约1到2分钟的范围，通常是从大约20秒到30秒，而更经常是在从大约3秒到5秒的范围。在获得该必需的反射数据的过程中，在该时间段中，反射值可周期性地或如果不是连续的话，基本上连续地获得。在周期性地获得反射值的地方，这些值将会获得一最小的次数，在这里，该最小的数一般至少为大约每秒1个读数，通常至少大约为每秒2个读数，更通常是至少大约每秒4个读数。在许多这些实施例中，在一给定时间段上所获得的反射值的数目是在大约60到120的范围，通常是大约从40到60，更通常是大约从12到20。
利用任何方便的协议都可获得上述的反射数据。在该主题发明的许多实施例中，该反射数据是通过在所希望的时间段上照射光学计量器的一区域并检测从该区域的镜面和漫反射两种反射光来获得的，所说的区域就是当该测试条插入该光学计量器时，由该测试条上施加样品的位置所占据的区域。在这些协议中，该光学计量器的被照射的特定区域就是该光学计量器的一区域，该区域就是当插进该计量器的条被照射时由与该样品施加位置相对的该测试条的底表面所占据的区域。该区域一般用在一窄范围的波长上的光来照射。在许多实施例中，用来照射该光学计量器的该区域的光波长的范围为大约400-700nm，通常为大约500-640nm，更通常是大约550-590nm。
如上所述，在获得该反射数据的过程中，人们可在上述时间段上周期性地获得反射值，或如果不连续的话，基本上连续地在上述时间段上获得反射值。如上所述，在其上获得反射值以便产生必需的反射数据的时间段是在从将测试条插进该计量器之前的一点到将该样品施加到该插进计量器的测试条的施加位置之后的一点的范围。在这些实施例中，一般使用下述协议。
首先，用在一窄范围波长上的的光来照射被该测试条的施加位置所占据的光学计量器的区域，并在这第一步中一次或多次、包括连续地检测反射的光(或一般没有)。这第一步的时间长度是在大约250ms到1秒的范围，通常是大约250ms-750ms，更通常为大约250ms-500ms。下一步，将一测试条插入计量器，而同时该计量器的该部分连续被照射，并在这第二步上一次或多次地，包括连续地，检测从该测试条的底表面来的反射光。这第二步的时间长度是在大约500ms到2分的范围，通常是大约500ms到1分，更通常为大约500ms-750ms。再下一步，将样品施加到该测试条的样品施加位置上，同时连续照射计量器的该部分并在这第三步上一次或多次地，包括不断地检测来自该测试条底表面的反射光。这第三步的时间长度典型地是在大约250ms到1秒的范围，通常是大约250ms-750ms，更通常为大约250ms-500ms。最后，在施加样品之后连续地照射计量器的该部分，并一次或多次，包括不断地获得反射值，直到到达上述时间段的终端。这最后一步的时间长度典型的是在大约500ms到3秒的范围，通常是大约500ms-2秒，更通常为大约500ms-1秒。
一旦获得上述反射数据，就将它与一基准进行比较，以便至少确定是否已将样品施加到该测试条的样品施加位置，在这里，在某些实施例中，这种比较产生关于是否将最少或阈值的样品量施加到了该测试条的样品施加位置上。所谓基准是指一表示样品施加到测试条表面上的数据组或其处理的形式，在许多实施例中该施加至少是一阀值量的样品。在与该基准比较前该反射数据可以处理也可以不处理，这取决于该基准的具体性质。这样，在某些实施例中，该反射数据是以原始形式与该基准比较的，这里，该基准也以数值，例如，反射的幅度对时间，的相应原始形式存在。另外，该反射数据可处理成一反射与时间的曲线，这里该基准是一相似的曲线，因而两个曲线就可进行比较。这种比较步骤可以人工进行，也可用适当的自动数据处理装置，例如，由适当的计算硬件和软件构成的计算装置来进行。上述比较步骤产生一样品存在的信号。换句话说，在上述比较之后，人们就得到一关于是否样品已施加到了该测试条的表面的读数，而且通常是关于在该步骤的条表面上是否存在一阈值的样品量的读数。
系统如上面的概述那样，上述的方法在由一次性的测试条和用来读取这些测试条的光学计量器构成的系统上找到应用。现将每个这些系统的部件作一较详细的描述。
测试条该系统的测试条是流体设备，它一般包括一样品施加区；一气囊，用来产生一吸力以便将该样品吸进该设备；一测量区，在这区中该样品可经历光学参数如光散射的变化；和一阻拦接头(stop junction)，以便在充满该测量区之后精确地阻止流动。优选的是，在测量区上该测试条基本上是透明的，以便该区可被在一侧的光源照明，并可在相对侧测量该透射光。而且，至少在该测试条的底表面上是无孔的。
包括测试条的代表性气囊被示于图1，2和3中。图1提供了代表性设备10的平面视图，而图2提供了同一代表性设备的分解视图，图3提供了透视图。在气囊14被压缩后将样品施加于样品口12。很清楚，与气囊14的挖口(cutout)邻接的层26和/或层28的区域必须具有弹性，以便使气囊14能被压缩。大约0.1mm厚度的聚酯就具有适度的弹性和弹力。优选的是，顶层26具有大约0.125mm的厚度，底层28大约为0.100mm。当该气囊释放时，吸力就通过通道16将样品吸到测量区18，它优选地包含试剂20。为了确保测量区18能被样品充满，该气囊14的容积优选地至少大约与通道16和测量区18的联合容积相等。如果测量区18是从下面被照射，则层28在与测量区18邻接的地方必须是透明的。
如图1，2和3所示，阻拦接头22邻接气囊14和测量区18；但是，通道16在阻拦接头的一侧或两侧可有一延续部分，将该阻拦接头与测量区18和/或气囊14分开。当该样品到达阻拦接头22时样品流动就停止。阻拦接头的工作原理被描述在U.S.专利5,230,866中，这里引入作为参考。
如图2所示，所有的上述元件都是通过在夹在顶层26和底层28之间的中间层24挖口形成的。优选的是，层24是一双面胶带。阻拦接头22是通过在层24和/或28中附加的挖口形成的，使其对准层24中的挖口并用密封层30和/或32密封。如图所示，优选的是，该阻拦接头在层26和28中都包括一挖口并具有密封层30和32。阻拦接头22的每个挖口至少与通道16一样宽。又如图2所示，有一任选的过滤器12A来盖住样品口12。该过滤器可以将红血球从全血样品分离出来和/或可包含试剂来与该血反应，以便提供另外的信息。合适的过滤器包括一各向异性膜，优选的是可从加拿大多伦多的Spectral Diagnostics，Inc.获得的那种聚砜膜。任选的反射器18A可以在层26的表面上或邻近该表面，并放置在测量区18的上面。如果有该反射器，则该设备就变成一透反(transflectance)设备。
图2所画的和在上面描述的设备优选地用热塑性的片26和28层压在两面都有粘性的热塑性的中间层24上的方法来形成。形成图1所示元件的挖口可通过对层24，26和28进行例如激光切割-或冲切来形成。另外，该设备还可由模制塑料形成。优选的是，片28的表面是亲水的。(膜9962，该膜可从3M，St.Paul，MN获得)。但是，该表面并不必是亲水的，因为该样品的流体充满该设备不需毛细作用力。这样，片26和28可以是未经处理的聚酯或其它的热塑性片，这是本领域所众所周知的。同样，因为在充满过程中并不涉及重力，所以该设备可在任何方向上使用。与具有可泄漏样品的通气孔的毛细作用充满设备不同，这类设备先通过该样品口排气才施加样品，这意味着该条的首先插入计量器的部分是没有开口的，从而减小了污染的危险。
其它的流体设备配置也是可行的，其中，这样的另一设备的配置包括那些具有(a)旁路通道，(b)多个并联的测量区，和/或(c)多个串联的测量区等等的配置。此外，可使上述的层状结构适合于注模结构。
计量器该主题系统的光学计量器至少包括一装置用来从该光学计量器的一区域收集反射数据，该区域就是在样品条存在于该计量器中时由测试条的样品施加位置所占据的区域。这种用来收集反射数据的装置一般由一光源和一检测器构成。该光源是一可见光源，它能用在一窄范围波长上的光照射或照明光学计量器的所述区域，这里该波长典型的是在大约400nm-700nm的范围，通常为大约500nm-640nm，更通常为大约550nm-590nm。任何便利的光源都可使用，这里，适当光源包括LED，激光二极管，滤光灯等。而且用来收集反射数据的该装置部分也是一适当的检测器，它能检测从光学计量器的所述区域出来的反射光，例如，镜面和/或漫反射光，然后将所收集的光转变成一电信号。任何便利的检测器都可使用，在这里，适当的检测器包括光电二极管，光电检测器，光电晶体管等等。优选的是，该检测系统经AC调制以便在使用时提供对环境噪音和干扰的抗扰性。在这实施的过程中，以2000Hz的频率打开和关闭(“被斩截的(chopped)”)光源。在存在很大幅度起伏的噪音时，由于调制光源的缘故，来自检测器的感兴趣的较小信号具有方波的形式。该带有噪音的“被斩截的”信号被放大并连接到同步检测器的输入。该同步检测器有一积分模拟-数字转换器(ADC)和一具有完全与该被斩截的光源相同的频率和相位的基准信号。当该光源打开时，该信号就被积分，当该光源关闭时，该积分器就不工作。该检测系统可将信号积分一特定的时间量，或取多个平均读数来减小噪音。在该检测器上还可包括一光谱阻塞滤波器，以便减小来自环境光的干扰。
除了用来获得反射数据的上述装置外，该主题计量器一般还包括一个用来将该反射数据与控制的值基准进行比较的装置，如上所述，以便获得样品存在信号。这种装置一般是一数据处理装置，如有适当的计算硬件和软件构成的计算装置，用来将该基准数据与该基准进行比较，从而产生一样品存在信号。
该主题设备一般还包括用来响应于该样品存在信号来激励该设备上的气囊的装置。可以提供任何便利的激励装置，只要它能响应于该样品存在信号来使该气囊解压缩。
在图4中画出了一代表性的计量器，这里，一代表性测试条被插入该计量器中。图4所示的计量器包括条检测器40(由LED 40a和检测器40b构成)，样品检测器42(由光源42a和检测器42b构成，如上所述)，测量系统44(由LED 44a和检测器44b构成)，以及任选的加热器46。该设备还包括一气囊激励器48。如上所述，该气囊激励器被该条检测器40和该样品检测器42激励，以便当条插入该计量器中并被该条检测器检测时，该气囊激励器就被压下，而当样品加入该流体设备或将条插入该计量器时，该气囊激励器就退回以便使气囊解压并通过产生的负压条件随之将样品吸入该设备的测量区。还有一计量器的显示器50，给用户提供界面。
使用的方法上述的样品检测方法和包括上述方法的系统适于用在各种生物流体的分析测试上，如确定生物化学或血液特性，或测量在这些流体中的分析物，如蛋白质，荷尔蒙，碳水化合物，脂类，药品，毒物，气体，电解质等的浓度，这里该系统包括测试条的固定器和该主题计量器。用来完成这些测试的该过程已在文献中有过描述。属于这些测试并描述这些测试的文献如下(1)Chromogenic Factot XIIa Assay(and otherclotting factors as well)Rand，M.D.等，Blood，88，3432(1996)；(2)Factor X AssayBick R.L.Disorders Thombosis and HemostasisClinical and Laboratory Practice，Chicago，ASCP Press，1992.；(3)DRVVT(Dilute Russells Viper Venom Test)Exner，T.等，BloodCoag.Fibrinol.1.259(1990)；(4)Immunonephelometric andimmunotubidimetric Assay for ProteinsWhicher，J.T.，CRC Crit.Rev.Clin Lab Sci.18.213(1983)；(5)TPA AssayMann，K.G.，等，Blood，76，755，(1990)；and Hartshorn，J.N.等，Blood，78，833(1991)；(6)APTT(Activated partial Thromboplastin TimeAssay)Proctor，R.R.and Rapaport，S.I.Amer.J.Clin Path，36，212(1961)；Brandt，J.T.and Triplett，D.A.，Amer.J.Clin Path，76，530(1981)；and kelsey，P.R.Thromb，Haemmost.52，172(1984)；(7)HbAIcAssay(Glycosylated Hemoglobin Assay)Nicol，D.J.等，Clin Chem，29，1694(1983)；(8)Total HemoglobinSchneck等，Clinical Chem.，32/33，526(1986)；and U.S.Patent 4,088,448；(9)Factor XaVinazzer，H.，Proc.Symp.Dtsch.Ges.Klin.Chem.，203(1977)，Witt编，I；(10)Colorimetric Assay for Nitric OxideSchmidt，H.H.，等，Biochemica，2，22(1995)。
上述的流体设备/计量器系统特别好地适于测量血液凝结时间-“凝血酶原时间(prothrombin time)”或“PT时间”，这在序列号为09/333765，和09/356248的申请中有更完全的描述，前者的提交日期为1999年6月15，后者的提交日期为1999年7月16日，其公开内容在此被引用作为参考。为了使该设备适合于如上述列举的那些应用所需的改变并不要求比常规试验更多。
在使用上述的包括该主题样品施加检测装置的系统时，该用户进行的第一步是打开该计量器，由此，使条检测器40，样品检测器42，测量系统44，和任选的加热器46通电。然后用来自光源42a的光照射该计量器的一区域，该区域就是由包括该样品施加位置的该测试条的部分所占据的计量器区域，该检测器几乎没有检测到反射光，由此可提供一基础的读数，如图6A所示。下一步，将测试条10插过该计量器的开口进入该设备。优选的是，该条在至少它的部分面积上不透明，以便插进的条将阻挡检测器40b的LED 40a的照明。(更优选的是，该中间层是由不透明的材料形成的，因而背景光不进入测量系统44)。由此检测器40b感知条已插进，并触发气囊激励器48以压缩气囊14。此外，如图6B所示，检测器42b检测被用来确立“之前(before)”读数的信号。然后计量器的显示50指示用户将样品施加到样品口12作为用户所必须进行的第三和最后步骤，它是为了开始测量序列。当如图6C所示将样品引入样品口时，更多的光被反射到检测器42b。如图6D所示，在样品施加后，光检测器42b继续检测光，以便确立之后的读数。在图6D中，该光源的辐射被该样品60所吸收62，而且由于在样品流体/膜界面64处的折射率匹配使反射的光线减少。所观察到的反射读数的减少与在样品流体-条界面上的折射率匹配有关。图6E提供了上述的检测样品的施加过程的一典型的输出信号。然后将如图6E所示的反射数据与基准比较以获得样品存在信号，该样品存在信号反过来指令气囊激励器48释放气囊14。在通道16中产生的吸力将样品通过测量区18吸到阻拦接头22。来自LED 44a的光通过测量区18，而检测器44b监测当样品凝结时透过该样品的光。作为时间函数的透射光的分析(如下所述)允许计算该PT时间，它显示在该计量器的显示器50上。优选的是，用加热器46将样品的温度保持在大约37℃。
图5画出了一典型的“凝结标记图”曲线，其中从化验检测器44b产生的输出作为时间的函数被画出。在时间1血液在测量区首先被44b检测。在点1和点2之间时间间隔A内，该血液充满该测量区。在这时间间隔内的输出的减小是由于光被红血球所散射或吸收，因而该输出的减少就是该血球比率的近似量度。在点2，样品已充满该测量区并处于静止状态，其运动已被该阻拦接头阻止。该红血球开始像硬币一样堆叠起来(形成钱串状)。在点2和点3之间的时间间隔内，该钱串状效应允许透过样品的光增多(和使散射较少)。在点3，凝块形成终止了钱串的形成，透过样品的光达到最大。该PT时间可从点1和点3之间的间隔B或点2和点3之间的间隔来计算。此后，血液状态从液体变化到半固体的凝胶，在光透射方面相应地减少。在该最大值3和终点4之间的输出减少C与该样品中的纤维蛋白素原(fibrinogen)相关。
从上述结果和论述显然可知，上述的发明提供了一简单而精确的方式来认定何时流体样品被施加到了测试条上。该上述发明提供了许多优点，包括(a)区分施加到测试条上的样品和其它误触发事件的能力，所述事件如由施加区附近的手指或其它施加设备导致的阴影或反射；(b)确定最小样品容积被加到测试条上的能力，以便在激励时确保空气不会被意外地吸进该条内；(c)能在几乎没有或没有光屏蔽的情况下在环境光条件下工作。因此该主题发明对该领域就作出了有意义的贡献。
在本说明中引用的所有出版物和专利都在此被引入作为参考，就好像特别单独表示每个单独出版物或专利要引入作为参考一样。任何出版物的引用都是为了它在提交日之前公开，而不应被看作是允许本发明未被授权就藉先期的发明使这样的出版物提前。
虽然为了清楚地理解前述的发明已借助图示和例子做了相当详细的描述，但对于本领域的普通技术人员按照本发明的教导就容易明白，对本发明还可进行某些变化和改进而并不偏离附录的权利要求的精神和范围。
权利要求
1.一种用来检测流体样品施加在光学计量器中的一无孔测试条上的方法，所述的方法包括a)从与流体样品施加位置相对的所述测试条的底侧获取反射数据，该过程的时间段范围是从将所述流体样品施加到所述流体样品施加位置之前的一时间到将所述流体样品施加到所述流体样品施加位置之后的一时间；及b)从所述反射数据得出所述流体样品在所述测试条上的施加。
2.按照权利要求1的方法，其中所述的方法包括在所述时间段用可见光照射所述测试条的底侧。
3.按照权利要求2的方法，其中所述可见光具有一窄范围的波长。
4.按照权利要求3的方法，其中所述的波长范围是从大约550到590nm。
5.按照权利要求1，2，3或4的方法，其中所述的无孔测试条是用聚合物材料制造的。
6.按照任一前述权利要求的方法，其中所述的反射数据都是用包括下述步骤的方法获得的(1)将测试条引入所述光学计量器，并用窄范围波长的光照射所述光学计量器的一部分，该部分就是在将所述测试条插进所述计量器时由所述测试条的底侧占据的部分；(2)将流体样品施加到所述测试条上，同时继续照射所述部分；及(3)在步骤(1)和(2)期间在所述步骤(2)之后的一时间段从所述部分收集反射光，以便获取反射数据。
7.按照任一前述权利要求的方法，其中该流体样品是一生理学样品。
8.按照权利要求7的方法，其中所述的生理学样品是血液。
9.一光学计量器，它能测定在什么时候已将样品施加到了插入计量器中的测试条的表面，所述计量器包括(a)一元件，用来从所述计量器的一区域收集反射数据，该区域就是在所述测试条存在于计量器中时由该条的样品施加位置所占据的区域，其中所述装置包括1)光源，用来照射所述计量器的所述区域；2)一检测器，用来检测来自所述计量器的所述区域的反射光，(b)一元件，用来将所述反射数据与基准进行比较以便获得样品存在信号(c)一元件，用来响应于所述样品存在信号来激励所述测试条的流体样品移动装置。
10.按照权利要求9的光学计量器，其中所述光源是一可见光的光源。
11.按照权利要求9或10的光学计量器，其中所述计量器还包括所述测试条。
12.按照权利要求9，10或11的光学计量器，其中所述流体移动激励器元件是一气囊压缩装置。
全文摘要
本发明提供了一些方法和设备，在测试条插进光学计量器时用来检测在测试条表面上流体样品的施加。在该主题方法中，反射数据是从该光学计量器的一部分上获得的，该部分就是该测试条的样品施加区域所在的地方，在这里反射数据所覆盖的时间段是从至少在将该样品施加到该测试条之前的点到该样品施加到该测试条之后的点的范围。然后从该反射数据确定在该测试条上流体样品的存在。还提供的是光学计量器，它包括用来获取反射数据的光学装置，在这里这些光学装置至少包括照射源和光检测器。该主题方法和设备在各种测试条上都找到了应用，而且特别适于用在包括流体移动装置，如可压缩气囊的测试条上。
文档编号G01N33/52GK1466677SQ01816609
公开日2004年1月7日 申请日期2001年7月9日 优先权日2000年7月31日
发明者V·潘, J·莱姆科, H·I·帕特尔, P·西德滋尔, V 潘, 伦潭, 帕特尔, 房 申请人:生命扫描有限公司