检测目标分析物的测定装置和方法与制造工艺

文档序号:11160378
检测目标分析物的测定装置和方法与制造工艺
本发明提供了检测目标分析物的测定装置和方法,该方法包括诸如使用化学发光、荧光、比色法等的定量测试结果。

背景技术:
侧流免疫测定法广泛用于食品和医疗诊断工业,以及简单的护理点测试,诸如快速链球菌测试和妊娠测试。侧流条自身通常为注入表面活性剂的硝化纤维隔膜,这是装置结果的波动的原因。用于免疫测定法的当前技术通常为非定量的,并且缺乏敏感性。从而,仍需要提供快速测试结果同时也提供定量结果的测定装置。

技术实现要素:
本发明提供了检测目标分析物的测定装置和方法。在第一方面,提供了一种测定装置。更具体地讲,提供包括接收器的测定装置,该接收器包括样品入口;设置在接收器内并具有第一表面的柱塞;至少一种试剂;附接到柱塞的第一表面的隔膜;提供毛细力的吸芯;以及检测区。隔膜包括其中设置多种亲和性组分的目标共轭区。将多种捕获化合物固定在位于目标共轭区和吸芯之间的检测区中。在第二方面,提供了另一种测定装置。该测定装置包括接收器,该接收器包括表面和样品入口;附接到接收器的表面的隔膜;设置在接收器中的至少一种试剂;设置在接收器内并具有表面的柱塞;以及其中固定多种捕获化合物的检测区。隔膜具有提供毛细力的吸芯。检测区附接到柱塞的表面,并且位于样品入口和吸芯之间。在第三方面,提供了检测目标分析物的方法。该方法包括(a)提供包括接收器的测定装置,该接收器包括表面和样品入口;至少一种试剂;设置在接收器内并具有表面的柱塞;附接到柱塞的表面、接收器的表面、或柱塞的表面和接收器的表面两者的隔膜;以及其中固定多种捕获化合物的检测区。隔膜包括提供毛细力的吸芯,并且检测区位于样品入口和吸芯之间。该方法还包括(b)提供疑似含有目标分析物的样品;(c)通过样品入口将样品添加到隔膜上;(d)允许样品沿隔膜行进直到样品到达检测区;(e)通过目标分析物与捕获化合物的反应固定目标分析物;(f)使固定的目标分析物与至少一种试剂反应以产生可检测的信号;以及(g)检测产生的信号。使用测定装置和方法允许目标分析物的简单、快速、定量的测定测试。附图说明图1A为测定装置的示例性局部剖视示意图。图1B为在压下柱塞后图1A的测定装置的示例性局部剖视示意图。图2A为测定装置的另一个示例性局部剖视示意图。图2B为在旋转柱塞后图2A的测定装置的示例性局部剖视示意图。图2C为在压下柱塞后图2B的测定装置的示例性局部剖视示意图。图3A为测定装置的另外的示例性局部剖视示意图。图3B为在旋转柱塞后图3A的测定装置的示例性局部剖视示意图。图3C为在压下柱塞后图3B的测定装置的示例性局部剖视示意图。图4A为测定装置的又一示例性局部剖视示意图。图4B为在旋转柱塞后图4A的测定装置的示例性局部剖视示意图。图4C为在压下柱塞后图4B的测定装置的示例性局部剖视示意图。图5A为测定装置的再一示例性局部剖视示意图。图5B为在压下柱塞后图5A的测定装置的示例性局部剖视示意图。图6A为测定装置的另一个示例性局部剖视示意图。图6B为在压下柱塞后图6A的测定装置的示例性局部剖视示意图。图7A为测定装置的又一示例性局部剖视示意图。图7B为在初始压下柱塞后图7A的测定装置的示例性局部剖视示意图。图7C为在另外压下柱塞后图7B的测定装置的示例性局部剖视示意图。虽然可不按比例绘制的上述附图示出了本公开的各种实施方案,但还可以想到其它实施方案,如在具体实施方式中所指出。具体实施方式提供了检测目标分析物的测定装置和方法。通过端点表述的任何数值范围旨在包括范围的端点、范围内的所有数以及所述范围内的任何较窄的范围(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。除非另外指明,否则在说明书和实施方案中所使用的所有表达数量或成分、特性测量等的数值在一切情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此,除非有相反的说明,否则前述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域技术人员使用本公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。在最低程度上并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的条件下,至少应该根据所记录的有效数位的数量和通过惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。对于以下给出定义的术语的术语表,除非在权利要求书或说明书中的其他地方另外给出了不同的定义,否则整个申请应都将应用这些定义。术语表在整个说明书和权利要求书中所使用的某些术语虽然大部分为人们所熟知,但可能仍然需要作出一些解释。应当理解,如本文所用:术语“一个(种)”和“该”与“至少一个(种)”可互换使用,意指一个(种)或多个(种)所描述的要素。术语“和/或”意指两者之一或两者。例如,表达“A和/或B”意指A、B,或A和B的组合。术语“抗体”是指与特定抗体,诸如目标分析物反应的免疫球蛋白分子,并且另外是指抗体片段(例如,ScFv或Fab)。术语“抗原”是指能够诱导特定免疫响应并且能够与该响应的产物反应的任何物质。术语“适体”是指DNA或RNA分子或结合到特定目标分析物分子或原子的肽。术语“配体”是指结合到目标分析物分子或原子从而形成络合物的原子、分子、官能团或离子。术语“亲和性组分”是指结合到目标分析物例如对于目标分析物的抗体、适体或配体的材料。亲和性组分由结合部分和检测部分组成。结合部分包括抗体、核苷酸适体、肽适体或配体。检测部分包括酶、催化剂和/或提供光学信号(例如,比色信号、荧光信号或发光信号)的分子。术语“捕获化合物”是指这样的材料,该材料结合到目标分析物例如对于目标分析物的抗体、适体或配体,并且被固定以在适当的位置结合目标分析物。所关注的分析物例如细菌、蛋白质和其它原子或分子常常不固有地化学发光、荧光、有色等,因此为了实现特定检测,需要将亲和性组分掺入测定装置中,诸如抗体、配体或适体,其将允许隔离分析物以及通过反应对其进行后续检测。在第一方面,提供了测定装置,该测定装置包括:包括样品入口的接收器;设置在接收器内并具有第一表面的柱塞;至少一种试剂;附接到柱塞的第一表面的隔膜,该隔膜包括:其中设置多种亲和性组分的目标共轭区;提供毛细力的吸芯;以及其中固定多种捕获化合物的检测区,其中检测区位于目标共轭区和吸芯之间。参考图1A,在示例性实施方案中,测定装置100包括接收器12,该接收器12包括样品入口14;设置在接收器12内并且具有第一表面17的柱塞16;至少一种试剂18;附接到柱塞16的第一表面17的隔膜20,该隔膜包括其中设置多种亲和性组分23的目标共轭区22;提供毛细力的吸芯24;以及其中固定多种捕获化合物27的检测区26。检测区26位于目标共轭区22和吸芯24之间。在某些实施方案中,至少一种试剂18设置在接收器12中,并且接收器12还包括阻隔件28,以使至少一种试剂18与柱塞16分开。任选地,阻隔件包括金属箔或袋,例如其内部设置至少一种试剂的袋。在某些实施方案中,使用压缩接头、胶水或在接收器壁的内部上形成的脊将柱塞固定在接收器中。参考图1B,当将力F施加到柱塞16时,柱塞16被构造成用于断开检测区26与吸芯24的流体连通,并且使检测区26与至少一种试剂18流体连通。在某些实施方案中,柱塞16包括被构造成用于刺穿阻隔件28的端部30,诸如尖的末端。柱塞的端部的构造可根椐阻隔件的材料的厚度和类型变化。在图1B示出的实施方案中,阻隔件28为箔袋,并且柱塞16的端部30为圆形的。在第二方面,提供了测定装置,该测定装置包括:包括表面和样品入口的接收器;附接到接收器的表面的隔膜,该隔膜包括提供毛细力的吸芯;设置在接收器中的至少一种试剂;设置在接收器内并具有表面的柱塞;以及其中固定多种捕获化合物的检测区,检测区附接到柱塞的表面;其中检测区位于样品入口和吸芯之间。参考图5A和图5B,示出了测定装置500。测定装置500包括接收器12,该接收器12包括表面10和样品入口14;附接到接收器12的表面10的隔膜20,该隔膜20包括提供毛细力的吸芯24;设置在接收器12中的至少一种试剂18;设置在接收器12内并且具有表面17的柱塞16;以及其中固定多种捕获化合物27的检测区26,该检测区26附接到柱塞16的表面17;其中检测区26位于样品入口14和吸芯24之间。当将力F施加到柱塞16时,检测区26从与隔膜20流体连通移动到与至少一种试剂18流体连通。分别在图1A至图1B和图5A至图5B中示出的测定装置100和测定装置500的优点是,单个且简单的力F(即,柱塞16的压下)能够将检测区26从与隔膜20流体连通移动到与至少一种试剂18流体连通。此外,在图5A至图5B的测定装置500中,不存在用于至少一种试剂18被向上输送到吸芯24的直接路径,并且因此将避免来自与过量的亲和性化合物反应的至少一种试剂18的背景信号。以下公开涉及以上提供的第一方面和第二方面两者。在本文公开的测定装置中采用的亲和性组分不受特别限制,只要它们将结合到所关注的(一种或多种)目标分析物并且能够参与检测反应就行。亲和性组分包括结合部分与检测部分的任何组合。如上所述,结合部分包括抗体、核苷酸适体、肽适体,或配体,并且检测部分包括酶、催化剂和/或提供光学信号(例如,比色信号、荧光信号或发光信号)的分子。亲和性组分的一些合适的检测部分包括(例如并且非限制地)辣根过氧化物酶、荧光素酶和碱性磷酸酶。类似于亲和性组分,捕获化合物不受限制,只要它们在检测区保持固定在适当的位置并接合到所关注的(一种或多种)目标分析物就行。捕获化合物通常包含适体、肽、抗体、配体或它们的组合。为了产生可检测的信号(例如,来自化学发光或荧光反应的光、来自比色法的光吸收等),任何捕获的(一种或多种)分析物及其结合的亲和性组分与至少一种试剂反应。在许多实施方案中,至少一种试剂包含过氧化氢和/或虫荧光素。优选地,至少一种试剂包含水性溶液。鲁米诺常常用于涉及过氧化氢的化学发光反应,因此在本公开的某些方面,阻隔件包括袋并且袋含有鲁米诺。一种合适的袋包括具有两个塑料环的杯结构,其中一层箔附连到并且覆盖每个环,以形成封闭的杯。袋防止鲁米诺和过氧化氢在添加捕获的目标分析物之前反应,但是袋一旦被刺穿,就允许鲁米诺接触过氧化氢。在某些实施方案中,亲和性组分包含与适体共轭的酶或与抗体共轭的酶。技术人员可识别用于所关注的特定目标分析物的适体和抗体。常见的酶包括例如辣根过氧化物酶和荧光素酶。在包括与适体或抗体共轭的辣根过氧化物酶的方面,目标分析物的定量确定将由例如与鲁米诺和过氧化氢反应的共轭的辣根过氧化物酶的量引起。在接收器中使用隔膜的优点是,它经由催化剂在溶液中通过毛细管作用朝向芯并远离至少一种试剂的继续行进,通过去除过量反应催化剂(例如,辣根过氧化物酶)使背景信号最小化。隔膜任选地包括通常在流动测定中采用的一种或多种材料,例如并且非限制地,流体控制膜、毛细管流体导体(例如,流体控制膜的叠堆)、硝化纤维,或其它非织造隔膜,诸如由尼龙、聚砜、聚醚砜,或聚偏二氟乙烯(PVDF)制成的隔膜。例如,合适的硝化纤维和PDVF隔膜对于技术人员是已知的,并且可从供应商诸如伯乐实验室公司(加利福尼亚,赫尔克里)(Bio-RadLaboratories,Inc.(Hercules,CA))商购获得。隔膜的检测区任选地包括非织造隔膜或类似的材料,其具有曲折流动路径,以使在样品溶液中的目标分析物和捕获化合物之间的接触最大化。流体控制膜包括具有至少一种微观结构承载表面的片材,其中其内一个或多个通道允许、促进或有利于控制或定向流体的流动。合适的流体控制膜描述于美国专利号5,514,120、5,728,446、6,080,243和6,290,685中。流体控制膜通常是片材或膜的形式,而不是大量纤维的形式。流体控制膜的通道提供的液体流动比通常用由纤维形成的网、泡沫或丝束实现的流体流动更有效。在纤维中形成的通道的壁将表现出妨碍液体流动通过通道的相对随机的波动和复杂的表面。相比之下,通道从预定的图案精确复制,并且形成沿主表面延伸的一系列单独开口毛细管通道。在片材、膜或管中形成的这些微复制型的通道优选地沿大致每个通道长度并且更优选地从通道到通道是均匀并且规则。流体通常在大约15秒内向上芯吸流体控制膜约2.5英寸(6.35cm)的距离。相比于非织造隔膜,采用流体控制膜的优点包括更平的流动路径,并且因此更可再现的结果。流体控制膜可由适于浇注或压印的任何热塑性材料形成,热塑性材料包括例如聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚(氯乙烯)、聚醚酯、聚酰亚胺、聚酯酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯的水解衍生物等,或它们的组合。常常采用聚烯烃,具体地讲聚乙烯或聚丙烯、其共混物和/或共聚物,以及聚乙烯和/或乙烯与较小比例的其它单体(诸如乙酸乙烯酯或丙烯酸酯,诸如丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯)的共聚物。聚烯烃表现出优异的物理特性、便于加工,并且通常比其它具有类似特征的热塑性材料更低的成本。聚烯烃易于复制浇注或压花辊的表面。它们是粗糙的、耐用的,并且很好地保持其形状,因此使此类膜易于在浇注或压花工艺后处理。亲水性聚氨酯也具有有利的物理特性和固有的高表面能。另选地,流体控制膜能够由热固性材料(可固化树脂材料)诸如聚氨酯、丙烯酸酯、环氧树脂和硅氧烷浇注,并通过暴露于热或UV或电子束辐射或水分固化。这些材料可含有各种添加剂,包括表面能改性剂(诸如表面活性剂和亲水性聚合物)、增塑剂、抗氧化剂、颜料、剥离剂、抗静电剂等等。合适的流体控制膜也可使用压敏粘合剂材料制造。在一些情况下,通道可使用无机材料(例如,玻璃、陶瓷或金属)形成。优选地,流体控制膜在暴露于液体时大致保持其几何形状和表面特征。在许多实施方案中,测定装置的柱塞还包括与第一表面相对的第二表面以及与第一表面和第二表面连通的端部,其中隔膜与端部接触并且与第二表面接触。例如,图1A示出与柱塞16的第一表面17相对的柱塞16的第二表面29以及与第一表面17和第二表面29连通的端部30,其中隔膜20与端部30接触并且与第二表面29接触。在图1A所示的实施方案中,隔膜20包括围绕柱塞16的U形形状。还可以想到隔膜的其它形状,诸如V形形状、方形U形状等等。常常,隔膜的检测区位于柱塞的端部处。参考图1A、图2A、图3A、图5A和图6A中的每个,具有位于柱塞16的端部30处的检测区26使检测区相对靠近至少一种试剂。在某些方面,接收器12包括试管或类似于试管的形状。当测定装置放入测量仪诸如3MCLEAN-TRACENG光度计(购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN))中时,柱塞16的端部30将接近光度计的检测区。在某些实施方案中,测定装置还包括用于有助于刺穿阻隔件,例如,如在公布的国际专利申请WO97/23596中描述的梭子(未示出)。部件包括以下各项中的一项或多项:尖的末端、在端部上的至少一个突起部,和在部件的表面中的至少一个孔。通常,当柱塞的端部为圆形或方形、或检测区位于柱塞的端部处时,可有利地采用此类部件。具有此类部件的测定装置的示例性构造包括设置在柱塞的底部和在试剂溶液上方的阻隔件之间的部件。部件可以是可单独移动的以破坏阻隔件,或可附接到柱塞,使得当调控柱塞时,在柱塞到达阻隔件之前,部件刺穿阻隔件。在某些实施方案中,当部件破坏阻隔件并且与试剂溶液接触时,部件涂覆有、或以其他方式含有待添加到反应混合物中的固体试剂。任选地,隔膜还包括设置在吸芯和检测区之间的控制线,该控制线包含一般捕获化合物。参考图3A,测定装置300被示出包括在吸芯24和检测区26之间的隔膜20上的控制线32。当过量的亲和性化合物与一般捕获化合物反应时,一般捕获化合物通常提供颜色改变。控制线可容易地通过窗口34观察,该窗口34允许用户视觉上确定样品是否已行进经过检测区,以及任何捕获的目标分析物是否就绪有待检测。另选地,吸芯24(全部或部分)可用pH指示剂的弱缓冲溶液处理。例如,在pH从3增加到5时,溴酚蓝发生黄色到蓝色的转变。对于一旦缓冲就将具有5或高于5的pH的任何样品,蓝色颜色的出现将用作样品准备检测任何捕获的目标分析物的标志。图3A至图3C和图2A至图2C还分别示出测定装置300和测定装置200,其包括含有螺纹下部36的柱塞16。将螺纹下部36安装到连接到接收器12的壁13的对准器38,使得当柱塞16绕其竖直轴线旋转时,隔膜20的下部40不旋转,并且所得的撕力破坏远离隔膜20的剩余部分的下部40。对准器38以它可竖直移动的此类方式连接到壁13,例如,用在壁(未示出)中的狭槽中的突出部,使得下部40能够随着柱塞16的螺纹下部36的旋转而向下移动,从而在隔膜20中产生物理缝隙。当柱塞16随后压下时,下部40能够破坏阻隔件28,并且与至少一种试剂18相互作用;然而,隔膜20的破坏阻止任何反应流体向上行进到吸芯24,其中已经保留任何过量的亲和性组分23。参考图4A至图4C,示出了测定装置400。在该方面,测定装置400包括包含柱塞16的接收器12和设置在接收器12内的柱塞套管19。该装置包括附接到柱塞套管19的外表面15的隔膜20。柱塞套管19被构造成用于限定在相邻于隔膜20的检测区26的柱塞套管19的一部分中的开口42。在该实施方案中,柱塞套管19通过被安装到连接到接收器12的壁13的对准器38被固定在接收器12中。对准器38以它可竖直移动的此类方式连接到壁13,诸如与在壁(未示出)中的竖直狭槽连通。检测区26附接到柱塞26的表面。多种捕获化合物27被固定在检测区26上。如图4B所示,当柱塞16旋转时,仅隔膜20的检测区26旋转,并且所得的撕力破坏远离隔膜20的其余部分的检测区26,并且将检测区26移动进入柱塞套管19的内部中。如图4C所示,当柱塞16随后压下时,柱塞30的端部刺穿阻隔件28,并且检测区26移动通过破坏的阻隔件28,并且与在接收器12内包含的至少一种试剂18流体连通。另外,柱塞16另外可用于刺穿阻隔件,其中阻隔件包括袋,并且因此使得额外组分能够同时添加到至少一种试剂18。隔膜20被示出布置有在隔膜20的底部处的吸芯24和在顶部处的样品入口(未示出)。在该布置中,样品流体向下流动。在该方面的变型中,测定装置400能够简单地修改,使得样品入口被放置在图4A至图4B中示出的吸芯24的位置,其中吸芯24有待重新安置到检测区26上方的位置。此类装置用作量油计隔膜,其中常见的方法是将隔膜的下端浸入测试溶液中。防止潜在样品满溢,因为添加的任何过量的样品应当从端口回流出来。参考图2B、图3B和图4B中的每个,在测定装置的某些实施方案中,当柱塞26在接收器12内旋转时,柱塞16被构造成用于断开检测区26与吸芯24的流体连通。参考图6A和图6B,提供了测定装置600。柱塞16包括弹簧44,其中当柱塞16被压下时,弹簧44在检测区26处与隔膜20接合,并且弹簧44伸展以断开检测区26(在其上固定多种捕获化合物27)与吸芯24的流体连通,并且使检测区26与至少一种试剂18流体连通。参考图7A和图7B,提供了测定装置700。柱塞16包括弹簧44,其中当柱塞16被压下时,弹簧44与隔膜20接合,并且弹簧44伸展以在部分21处隔膜20中形成破坏,以防止检测区26与吸芯24继续流体连通。参考图7C,当进一步压下柱塞16时,使检测区26(在其上固定多种捕获化合物27)与至少一种试剂18流体连通。在部分21处隔膜20中的破坏使朝吸芯24的至少一种试剂的流体流动最小化,以从而在检测期间使背景信号最小化。在测定装置(未示出)的另一个实施方案中,至少一种试剂设置在柱塞的内部,并且柱塞被构造成用于释放至少一种试剂的一部分,以使至少一种试剂的该部分与检测区流体连通。此类构造避免使用将至少一种试剂与隔膜隔离的单独的阻隔件。在测定装置(未示出)的另外的实施方案中,接收器的一部分为不透明的,并且接收器的一部分对光透明。具有接收器的一部分为不透明的优点是,使超过对光透明的接收器的一部分的背景信号的检测最小化。在第三方面,提供了用于检测目标分析物的方法,该方法包括:(a)提供测定装置,该测定装置包括:包括表面和样品入口的接收器;至少一种试剂;设置在接收器内并具有表面的柱塞;附接到柱塞的表面、接收器的表面、或柱塞的表面和接收器的表面两者的隔膜,隔膜包括提供毛细力的吸芯;以及其中固定多种捕获化合物的检测区,其中检测区位于样品入口和吸芯之间;(b)提供疑似含有目标分析物的样品;(c)通过样品入口将样品添加到隔膜上;(d)允许样品沿隔膜行进直到样品到达检测区;(e)通过目标分析物与捕获化合物的反应固定目标分析物;(f)使固定的目标分析物与至少一种试剂反应以产生可检测的信号;以及(g)检测产生的信号。以上相对于第一方面和第二方面详细描述的测定装置中的任一个适用于第三方面的方法。在某些实施方案中,提供样品还包括将多种亲和性组分添加到样品以与任何目标分析物共轭,而在其它实施方案中,隔膜还包括其中设置多种亲和性组分的目标共轭区,其中目标共轭区位于样品入口和检测区之间。在大多数实施方案中,检测区附接到柱塞的表面和/或附接到接收器的表面。为了使固定的目标分析物与至少一种试剂反应以产...
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