Способ проведения клинического и биохимического анализа биологических жидкостей и устройство для его осуществления (варианты) - RU2157994C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к биологии, медицине, ветеринарии и предназначено, в частности для лабораторий, проводящих клинические и биохимические анализы биологических жидкостей.

Изобретение может быть использовано для медицинской и ветеринарной диагностики, клинической биохимии, в частности, для повышения эффективности способа проведения клинических и биохимических анализов биологических жидкостей, а именно, крови, сыворотки, мочи и лимфатической жидкости.

Известен способ, проведения клинического и биохимического анализа биологических жидкостей, включающий взятие анализируемого образца, его нанесение на реагентную зону диагностической полоски, выдерживание для проведения реакции, размещение диагностической полоски в приборе-анализаторе изображения и считывание полученных результатов анализа. Согласно этому способу для проведения анализа используют заранее обработанные поверхности, на которых проводится анализ (Каталог N фирмы Jonson & Jonson, 1998). Этот способ носит название - сухая химия. Поверхность диагностической полоски содержит так называемую реагентную зону размером несколько квадратных миллиметров, которая прикреплена к пластмассовой или бумажной полоске (диагностические полоски фирм Roche, Kodak, Johnson & Johnson, NDP и др.). На реагентной зоне иммобилизованы реактивы, необходимые для проведения клинического или биохимического анализа определенной биологической жидкости. Реактивы взаимодействуют с анализируемым образцом с образованием окрашенного соединения. Для проведения анализа с использованием диагностической полоски (например, полоски фирмы Johnson & Johnson) реагентную зону покрывают анализируемым образцом, наносимым на поверхность в виде капли. При взаимодействии образца с реактивами, иммобилизованными в реагентной зоне, меняется окраска этой зоны. Количество, концентрацию или активность анализируемых веществ в образце определяют либо визуально по изменению окраски реагентной зоны, либо измеряют с помощью соответствующего регистрирующего прибора. В продаже имеются диагностические полоски для анализа содержания или активности десятков компонентов биологических жидкостей. Для каждого анализа используют индивидуальную диагностическую полоску. Анализ образцов проводят последовательно с нанесением образца на каждую полоску. Для хранения анализируемых образцов используют "накопители" образцов, представляющие собой стандартные или специализированные многоканальные плашки (например, 96 луночные иммунологические плашки) для забора анализируемого образца из "накопителя" используют обычные микропипетки.

Недостатки этого способа заключаются в следующем:
Высокая цена одного анализа, определяемая стоимостью полоски, где самой дорогой частью является реагентная зона. Каждый анализ проводится на индивидуальной диагностической полоске с индивидуальной реагентной зоной, которая вступает во взаимодействие с образцом. Другой параметр или другой образец анализируются с помощью новой диагностической полоски.

Необходимость последовательного анализа образцов, что увеличивает время и трудоемкость анализа серии образцов и может приводить к появлению систематических или случайных ошибок из-за вариации условий, в которых находятся образцы при последовательных измерениях.

Относительно большой объем образца, необходимый для проведения одного анализа препятствует возможности использования капиллярной крови, получаемой из пальца для проведения нескольких клинических анализов крови одного пациента. Обычно, каждый анализ требует 50-100 мкл образца, следовательно, для проведения нескольких анализов требуется прибегать к забору крови из вены вместо капиллярной.

Ошибка измерений, возникающая вследствие неравномерного покрытия реагентной зоны образцом. Эта ошибка возникает довольно часто из-за того, что образец не покрывает всю реагентную зону; в частности, при анализе капиллярной крови, из-за большой поверхности реагентной зоны и трудности равномерного покрытия ее малым объемом крови.

Известно устройство для проведения клинического и биохимического анализа биологических жидкостей, включающее блок для сбора и хранения анализируемых образцов, блок распределения образцов на реагентной зоне диагностической полоски и блок анализатор изображения (Каталог N фирмы Jonson & Jonson, 1998). Согласно этому устройству, анализируемые образцы собирают в многоканальный блок для сбора и хранения образцов, из которого в дальнейшем с помощью блока распределителя образцы забирают и по очереди наносят их на реагентную зону диагностической полоски. После выдерживания образцов на реагентной зоне (время выдерживания после нанесения определяется типом анализа) интенсивность окраски реагентной зоны определяют с помощью прибора анализатора, и количество анализируемого вещества вычисляется по заранее определенным формулам. В настоящее время существует множество устройств для плотного нанесения биологических образцов на твердую подложку (см. Обзор Genome Research, 7, 943-946), включая одноканальные и многоканальные механические и пьезоэлектрические пипетки, однопиновые и многопиновые дозаторы образцов из иммунологических плашек и др. Как правило, цена таких устройств составляет несколько тысяч долларов (в некоторых случаях, десятки тысяч долларов), и они мало приспособлены для нанесения десятков образцов на поверхность размером несколько десятков квадратных миллиметров.

Технический результат изобретения как в части способа, так и в части устройства, заключается в снижении стоимости анализов, увеличения скорости проведения анализов и уменьшении объема анализируемого вещества, что позволяет использовать для проведения анализов капиллярную кровь вместо венозной и упрощает проведение анализов.

Для достижения этого результата в предложенном способе проведения клинического и биохимического анализа биологических жидкостей, включающем взятие анализируемого образца, его нанесение на реагентную зону диагностической полоски, выдерживание для проведения реакции, размещение диагностической полоски в приборе - анализаторе изображения и считывание полученных результатов анализа, производят взятие более, чем одного анализируемого образца и нанесение их одновременно или последовательно на реагентную зону диагностической полоски в виде упорядоченной матрицы таким образом, чтобы на 1 см² ее поверхности размещалось по меньшей мере две капли и считывание результатов производят отдельно для каждого образца.

Для достижения указанного выше результата в предложенном устройстве для клинического и биохимического анализа биологических жидкостей, включающем в себя блок для сбора и хранения анализируемых образцов, блок распределения образцов на реагентной зоне диагностической полоски и блок анализатор изображения, блок для сбора и хранения образцов представляет собой плашку с выполненными на ней лунками, имеющими каплевидную форму и расположенными таким образом, что широкие части лунок находятся на большем расстоянии одна от другой, чем узкие части, при этом блок распределения образцов представляет собой гребенку с пинами, количество которых соответствует количеству лунок на плашке, а расстояние между ними равно расстоянию между узкими частями лунок, причем, анализируемые образцы наносятся на реагентную зону диагностической полоски в виде упорядоченной матрицы таким образом, чтобы на 1 см² ее поверхности размещалось по меньшей мере две капли и считывание результатов производят отдельно для каждого образца.

Для достижения указанного выше результата согласно варианту предложенного устройства для клинического и биохимического анализа биологических жидкостей, включающему в себя блок для сбора и хранения анализируемых образцов, блок распределения образцов на реагентной зоне диагностической полоски и блок анализатор изображения, блок сбора и хранения образцов представляет собой плашку с лунками, а блок распределения образцов выполнен в виде держателя с пинами, укрепленными на нем с возможностью изменения расстояния между их концами, контактирующими с реагентной зоной диагностической полоски, при этом анализируемые образцы наносятся на реагентную зону диагностической полоски в виде упорядоченной матрицы таким образом, чтобы на 1 см² ее поверхности размещалось по меньшей мере две капли и считывание результатов производят отдельно для каждого образца.

Предлагаемый способ, проведения клинического, биохимического анализа биологических жидкостей осуществляют следующим образом.

Из блока для сбора и хранения анализируемых образцов (многолуночных плашек) блоком распределения образцов производят параллельно или последовательно забор анализируемых образцов (объем забираемого образца - 1 мкл) и наносят их на реагентную зону диагностической полоски отдельными каплями, расположенными в виде упорядоченной матрицы, таким образом, чтобы на 1 см² ее поверхности размещалось по меньшей мере две капли.

Выдерживают диагностическую полоску с нанесенными образцами время, требуемое для взаимодействия образца с реактивами, иммобилизованными в реагентной зоне (время выдерживания после нанесения составляет 1 - 1.5 мин и определяется типом анализа).

С помощью блока анализатора изображения производят считывание результатов анализа в месте нанесения образца отдельно для каждого образца.

Целесообразно на реагентную зону наносить, по меньшей мере, одну каплю, содержащую эталонный образец и служащую внутренним контролем. Это позволяет повысить точность анализа.

Пример.

Блок для сбора и хранения анализируемых образцов представляет собой плашку, содержащую 12 лунок, в лунках находятся индивидуальные образцы капиллярной крови, в которых необходимо определить содержание глюкозы. Форма радиально расположенных каплеобразных лунок с широким и мелким наружным концом и узким и глубоким центральным позволяет образцам стекать в середину плашки. Таким образом анализируемые образцы заливают в лунки плашки с помощью стандартных устройств со стороны широких частей лунок, центры которых расположены на расстоянии около 7 мм друг от друга, после чего образцы собираются в узких частях лунок, там где расстояние между центрами лунок составляет 1.5 мм. Блок распределения образцов, представляет собой гребенку с индивидуальными пинами, расстояние между которыми составляет 1.5 мм. Пины блока распределения образцов погружают в лунки плашки и при вынимании их из лунок на каждом пине остается капля соответствующего образца объемом 1 мкл (размер капли зависит от диаметра пина). Пины приводят в соприкосновение с реагентной зоной диагностической полоски, в результате чего капли образцов переходят с пинов на соответствующие места реагентной зоны. При этом на реагентной зоне образуется упорядоченная матрица с периодом расположения элементов 1.5 мм. На реагентной зоне стандартной диагностической полоски можно разместить несколько десятков проб образцов. Образцы, взаимодействуя с реагентной зоной, вызывают образование окрашенного продукта в месте нанесения. Диагностическую полоску помещают в блок анализатор изображения и через 1 минуту на экране компьютера появляются цифры содержания глюкозы в каждом проанализированном образце. Общее время анализа всех образцов практически равно времени анализа одного образца в существующих системах. При анализе содержания глюкозы в крови 12 пациентов отличие показаний, полученных с помощью описанного устройства от показаний, полученных с помощью стандартного метода не превышало ±8%.

Для проверки точности определения с помощью описанного способа в 12 лунок блока для хранения образцов был помещен один и тот же образец крови. Измерения показали, что точность анализа, включающая в себя разброс между пинами 12-канального блока распределения образцов, и разброс измерений, а также возможную неоднородность реагентной зоны, составлял не более ±5%.

Для увеличения точности измерений в блок для хранения образцов поместили десять образцов крови для анализа и два контрольных образца, содержащие известные количества глюкозы, 12-канальным блоком распределения образцов нанесли все 12 образцов на реагентную зону диагностической полоски. Количество глюкозы в каждом образце определили с помощью блока анализатора изображения, при этом для расчета значений содержания глюкозы в анализируемых образцах, учли полученные значения для контрольных образцов. Эта процедура очень важна для проверки качества диагностических полосок и в тех случаях, когда они используются в экстремальных условиях влажности или температуры.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества.

Одна диагностическая полоска с одной реагентной зоной может быть использована для проведения нескольких одинаковых анализов разных образцов, что приводит к уменьшению стоимости одного анализа. В частности, с помощью одной стандартной диагностической полоски фирмы Jonson & Jonson для определения содержания глюкозы в сыворотке человека стоимостью - $ 0.5, предлагаемым способом можно провести определение содержания глюкозы в сыворотках нескольких десятков пациентов с соответствующим уменьшением стоимости одного анализа.

Способ резко увеличивает скорость при проведении серии однотипных анализов разных пациентов. В настоящее время анализ каждого пациента проводится последовательно, на индивидуальной полоске и анализ 200 пациентов занимает несколько часов. В предлагаемом способе при параллельном нанесении образцов на диагностическую полоску интенсивность окраски всех образцов определяется одновременно через 1-1.5 мин после нанесения образцов.

Предлагаемый способ позволяет гораздо более экономно использовать анализируемый образец. Обычно на одну диагностическую полоску наносят 50-150 мкл образца, в то время, как в предлагаемом способе расход образца на проведение одного анализа составляет 1 мкл. Это весьма существенно, так как при проведении разных анализов крови одного пациента, можно ограничиться капиллярной кровью, получаемой из пальца, а не брать кровь из вены, как это производится в настоящее время.

Предлагаемый способ позволяет избежать ошибок, вызванных неполным покрытием реагентной зоны анализируемым образцом, поскольку определяет интенсивность развивающейся окраски конкретно в месте нанесения образца в виде микрокапли.

Использование образцов сравнения с известным содержанием анализируемого вещества в качестве внутреннего контроля позволяет увеличить точность анализа, что особенно существенно при проведении анализов в полевых условиях или в помещениях со слабо контролируемыми температурой и влажностью.

Для осуществления указанного способа клинического и биохимического анализа биологических жидкостей предложено устройство, включающее блок для сбора и хранения анализируемых образцов, блок распределения образцов на реагентной зоне диагностической полоски и блок анализатор изображения и вариант этого устройства.

Изобретение поясняется чертежом, на котором на фиг. 1, схематично изображено устройство, на фиг. 2 - то же - вариант, на фиг. 3 - плашка с лунками каплевидной формы, на фиг. 4 - распределитель образцов, использованный в варианте устройства.

Устройство для проведения клинического и биохимического анализа биологических жидкостей содержит блок для хранения образцов (фиг. 1, поз. 1) блок распределения образцов (фиг.1, поз. 2), позволяющий забирать образцы из блока для их хранения и наносить их на реагентную зону диагностической полоски в виде упорядоченной матрицы (фиг.1, поз. 3), и блок анализатор изображения (фиг.1, поз. 4).

Блок для хранения, представляет собой многолуночную плашку (фиг.1, поз. 1). Лунки плашки (фиг.3 поз. 5) имеют каплевидную форму, которая позволяет расположить их друг относительно друга так, что центры "широкой" линии лунок (фиг. 3, поз. 6) находятся на большем расстоянии друг от друга, чем центры вытянутых "узких" частей лунок (фиг.3, поз.7). Такая форма лунок, имеющих "широкую" часть с одной стороны позволяет заполнять их с помощью стандартных микропипеток.

Блок распределения образцов (фиг.1, поз. 2), представляет многоканальный дозатор, являющийся "гребенкой" с пинами, (фиг.1, поз.8), расположенными на фиксированном расстоянии друг от друга. Количество пинов соответствует количеству лунок на плашке, а расстояние между пинами соответствует расстоянию центрами вытянутых "узких" частей лунок, из которых многоканальный дозатор осуществляет забор проб. При погружении пинов в лунки плашки и вынимании их из лунок на каждом пине остается капля соответствующего образца (фиг.1, поз. 9). При соприкосновении пинов с реагентной зоной диагностической полоски (фиг. 1, поз. 3), капли образцов переходят с пинов на соответствующие места реагентной зоны. В результате переноса на реагентной зоне образуется упорядоченная матрица, состоящая из капель, содержащих анализируемые образцы, причем, на 1 см² ее поверхности размещается по меньшей мере две капли.

Блок - анализатор изображения служит для определения содержания, концентрации или активности анализируемого вещества в образцах, нанесенных на поверхность реагентной зоны. Определение производится путем измерения интенсивности окраски в соответствующем месте реагентной зоны. Анализатор содержит стандартные узлы, а именно, осветитель, держатель диагностической полоски, устройство для переноса изображения на поверхность многоканального детектора света (CCD камеры, и др.) и самого многоканального детектора. Блок анализатор изображения соединен с компьютером (фиг.1, поз. 15), содержащим программу анализа изображения, он измеряет изменение окраски реагентной зоны в местах соприкосновения ее с образцами и с помощью специально разработанной программы рассчитывает количество или активность анализируемого вещества в соответствующем образце. Если на ту же реагентную зону нанесены контрольные образцы, соответствующие значения используются для корректировки измерений и увеличения точности анализа. Анализ всех образцов, расположенных на одной поверхности, производится одновременно, что позволяет избежать ошибок, связанных с различными условиями обработки образца на разных диагностических полосках (температура, влажность). Общее время анализа всех образцов практически равно времени анализа одного образца в существующих системах.

Вариант устройства для проведения клинического и биохимического анализа биологических жидкостей, также содержит блок для хранения образцов (фиг.2, поз. 11), блок распределения образцов (фиг.1, поз. 2), и блок анализатор изображения (фиг.1, поз. 4). Блок для сбора и хранения образцов может представлять собой стандартную 96-луночную иммунологическую плашку, штатив с пробирками или другие приспособления для сбора и хранения анализируемых образцов. Блок распределения образцов представляет собой гребенку с ручкой (фиг. 2, поз. 12) и пинами (фиг.2, поз. 8), причем, расстояние между пинами можно менять с помощью рукоятки регулировки (фиг.2, поз. 13) в зависимости от стадии способа. В стадии отбора проб расстояние между соседними пинами (фиг.2, поз. 14) обеспечивает параллельный забор проб из многолуночной плашки или другого устройства для хранения проб. В стадии нанесения проб на реагентную зону диагностической полоски пины микродозатора сдвигают так, что расстояние между пинами обеспечивает плотное пространственное расположение капель анализируемых образцов в виде упорядоченной матрицы на реагентной зоне диагностической полоски.

Блок анализатор изображения в варианте устройства такой же как и в устройстве, и измерения производятся таким же образом.

Реферат

Изобретение относится к медицинской и ветеринарной диагностике, клинической биохимии. Способ проведения клинического и биохимического анализа биологических жидкостей осуществляется путем забора, хранения и нанесения анализируемого образца на реагентную зону диагностической полоски, содержащей иммобилизованные реактивы для проведения определенного анализа, измерения интенсивности окраски реагентной зоны в месте нанесения образца и вычисления количества или активности анализируемого вещества в образце. Устройство и его вариант для осуществления способа включает блок для сбора и хранения анализируемых образцов, блок их распределения на реагентной зоне диагностической полоски и блок анализатор изображения. Блок для сбора и хранения анализируемых образцов согласно первому варианту конструкции представляет собой плашку с лунками, имеющими каплевидную форму. Блок распределения образцов представляет собой гребенку с пинами, количество которых соответствует количеству лунок на плашке. Согласно второму варианту блок распределения образцов выполнен в виде держателя с пинами, укрепленными на нем с возможностью изменения расстояния между их концами. Анализируемые образцы наносятся на реагентную зону диагностической полоски в виде упорядоченной матрицы. Изобретение в части способа и устройства повышает эффективность проведения анализов биологических жидкостей, а именно крови, сыворотки, мочи и лимфатической жидкости. 3 с.п. ф-лы, 4 ил.

Формула