基于微流体芯片的测试血小板的功能和药物反应的设备和方法_3

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部件中的至少一种作为感测部件18:测量电阻抗的电极传感器、测量混浊度的光学传感器、测量脉动压力的压力传感器和测量血液样品的振荡流动距离的图像传感器。另外,感测部件18与模数转换器30连接,以便可以转换所测量的信号。
[0078]下文,在对感测部件18的【具体实施方式】进行说明之前,参照图1说明流体驱动装置20。
[0079]流体驱动装置20使流入微流道12的血液样品产生线性往复运动,并且包括线性致动器21、受线性致动器21驱动而直线往复运动的活塞22和其中安装有活塞22并使活塞22在其中直线往复运动的缸体24。
[0080]另外,测量装置10和流体驱动装置20之间连接有阀26。阀26实际上连接至微流道12并执行驱动压力的供给和切断的控制。另外,阀26通过开闭可以产生脉动流,从而有效地传递驱动压力。
[0081]将微流道12中产生的流动设计为提供下述临界剪切应力和/或临界剪切速率,其足以动态地激发和激活血液样品中的如血小板和血管性血友病因子(vWF)等要素。此处,优选的是,最小剪切应力为8Pa且最小剪切速率为δΟΟΟ?Γ1。
[0082]这需要流动速度和微流道12进行精确设计和控制,从而提供临界剪切流。另外,振荡流的时间可以进行精确控制,从而提供足够的时间以通过剪切流激活血小板和血管性血友病因子(vWF)。
[0083]同时,线性致动器12与微处理器40连接,从而使微处理器40控制线性致动器12。
[0084]下文参照图5?8详细说明感测部件18的各种实施方式。
[0085]首先,对于电学测量法而言,在测量室14内的两侧安装两个电极14a、14b,并测量电阻抗的变化。此处,测量室14的表面可以涂覆有各种激动剂备选物质的至少一种。
[0086]如果在血液样品以高速在测量室14中振荡流动时在血液中施加高剪切应力和高剪切速率,则暴露在高剪切应力和高剪切速率下的血小板和血管性血友病因子(vWF)将激活。另外,血小板与血管性血友病因子(vWF)的粘着性增大,从而使血小板和血管性血友病因子(vWF)粘附在测量室14的内表面上,并逐步凝集。
[0087]大多数血细胞是非电导体,不过血浆是良电导体,其是具有电解质的液体。因此,当血小板粘附在电极14a、14b的表面上时,电阻抗将极大增加,但当血小板粘附在测量室14上时,电阻抗将减小。
[0088]因此,可以进行设计使电阻抗根据测量室14的内部结构设计和涂覆表面的组成增大或减小。图5a显示了电极14a和14b之间的电阻增大。
[0089]参照图5b,电阻抗随时间推进而渐进地接近最大值。此时,将达到动态范围的95%的时间定义为封闭时间(closure time)。
[0090]关于其他测量方法,参考图6a,测量室14由透明材料制成。另外,彼此相对的光源15a和光学传感器15b布置在测量室14外部,分别布置在测量室14的上侧和下侧,并对测量室14中的光学混浊度的变化进行测量。
[0091]根据光源15a和光学传感器15b之间的激动剂涂覆表面的结构布置,由血小板的凝集和粘附测得的光学信号可能随时间推移而增大或减小。
[0092]当激动剂涂覆在测量室14的内部表面(其位于布置有光源15a和光学传感器15b的表面之内)上时,如图6b所示,光强度随时间推移而减小。不过,当血小板的凝集和粘附发生在对光学路径有轻微影响的其他表面部分或发生在微柱17处时,光强度将随时间推移而增大。另外,与阻抗的情形相同,将达到动态范围的95%的时间确定为封闭时间。
[0093]关于另一测量方法,参照图7a,可将诸如C⑶传感器阵列等光学测量传感器13b和诸如LED等光源13a布置在分别与测量室14的两侧相连接的微流道12的上侧和下侧。
[0094]当非透明血液样品振荡流动时,由光学测量传感器13b测得的测量距离较长且恒定。不过,血液样品的测量距离根据血小板的凝集和粘附而降低。另外,当测量室14完全堵塞时(参照图7b),血液样品的测量距离将变得与微流道14的距离相同,并且变得恒定。另外,与阻抗的情形相同,将达到动态范围的95%的时间确定为封闭时间。
[0095]关于另一测量方法,参照图8a,可将压力传感器28布置在与连接缸体24的阀26的另一侧相连接的导管处。
[0096]压力传感器28是在施加振动流时测量脉动压力的器具。在初始阶段,由活塞22的往复运动产生的脉动压力的振幅通过血液样品的振动流而稍有降低。不过,记录了初始脉动压力,这是因为当血小板凝集并粘附在测量室14上并致使流道最终堵塞时,脉动压力在堵塞的通道中没有缓冲。
[0097]根据该实施方式,图8b显示了随时间推移记录的脉动压力的图示。
[0098]不过,在于压力传感器28相连接的导管连接至注射有血液样品的样品容器11的上部且在注射血液样品后将入口密封的情况下,如图8c所示,所测量的脉动压力可能随时间推移而逐渐减小。
[0099]在上述结构中,微流体芯片将由一次性材料制成,这是因为与血液样品接触的所有部分均由相当廉价的塑料或玻璃等制成。如本发明的一个实施方式那样,微流道12可以用毛细管替换,从而测量血细胞比容。另外,使用后可将一次性测试盒丢弃。因此,其容易使用并容易避免经血液的传染。
[0100]另外,一次性测试盒可以由透明材料制成。因此,可以利用光学测量传感器13b测量血小板的移动性。此外,可以通过显微镜观察血小板的凝集和粘附的状态。
[0101]可以采用显微镜观察作为研宄手段,其可以对测量室14中注入或涂覆的各种试剂进行常规观察并且测试药物动力学反应。
[0102]试剂可以包括促进血小板粘附的激动剂,如胶原蛋白、二磷酸腺苷(ADP)和肾上腺素等。另一方面,试剂可以包括干扰和阻止血小板凝集的拮抗剂,如阿司匹林、P2Y1受体拮抗剂和P2Y12受体拮抗剂等。
[0103]P2Y1受体拮抗剂可以是以下备选物质中的至少一种,该备选物质例如MRS2179、MRS 2279、MRS 2500、A2P5P、A3P5P和A3P5PS等。P2Y12受体拮抗剂可以是以下备选物质中的至少一种,该备选物质例如氯吡格雷、噻氯吡啶、普拉格雷、AR-C67085MX、坎格雷洛、C1330-7、MRS 2395和2-甲基硫代腺苷_5’ -单磷酸盐等。
[0104]特别是,对于服用上述试剂的取样者来说,可以通过本发明的测试设备来测量血小板的凝集功能以及对试剂的抗性。
[0105]为了测量血小板的功能,将来自服用了阿司匹林和氯吡格雷的正常人或取样者的血液收集在梓檬酸化管中。然后,取50?100微升的全血,并分别使用最佳浓度的二磷酸腺苷(ADP)、前列腺素E、纤维蛋白原和花生四烯酸来在37°C反应10?30分钟。反应后,通过使用微流道12对微流体芯片施加压力来使血液转移。如果血小板的功能正常,则测量室14中的流动路径将在短时间内堵塞,随后流动停止。相反,如果血小板的功能异常,则与血小板功能正常的情况相比,堵塞时间将加长。
[0106]关于药物耐受性测试,尤其是服用阿司匹林、氯吡格雷和噻氯匹啶等时,血小板的凝集功能将下降。因此,测量室14中的流动路径将不容易堵塞,从而使堵塞时间增大。由于正常人与药物的反应良好,因而堵塞时间较短。如果与正常人相比堵塞时间的比例显著减小,则可确定对阿司匹林和氯吡格雷的药物耐受性。关于确定标准,在Verify NOW的情况下,可以确定阿司匹林的预定截断OD值(550 ARU-阿司匹林反应单元),然后,如果测量值低于标准,则可确定为耐受药物反应,如果测量值高于标准,则可确定为正常药物反应。另夕卜,在氯吡格雷的情况下,如果测量值是正常值的40%?60%,则可确定为抑制药物耐
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