Устройства для автоматического проведения иммуноанализа за несколько последовательных этапов по меньшей мере одного биологического вещества из множества биологических образцов, способ и реактив для применения указанных устройств - RU2102758C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к устройству для автоматического проведения иммуноанализа за несколько последовательных этапов по меньшей мере, одного биологического вещества из множества биологических образцов, а также к способу и реактивам для использования указанного прибора.

Более конкретно, но не ограниченно изобретение применяется для одновременного обнаружения на одном и том же образце лиганд, антилиганд, гаптен или любого другого биологически активного вещества, присутствующего в известных случаях, в анализируемой биологической среде.

В настоящее время известны методы определения наличия или концентрации лиганд или биологических веществ в биологических средах иммунологическим путем, они основаны на образовании комплексного соединения между определяемым веществом и антителом или антителами, причем один из компонентов комплексного соединения может быть маркирован, в частности, энзимом для возможности его обнаружения и/или его количественного анализа, после выделения антигена или комплексного маркированного антитела, антигена или некомплексного маркированного антитела.

Известен также принцип методов RIA ELISA.

Технология ELISA /Enzyme linked immunosorbent assay/ является, в частности, иммуноэнзиматический метод очень высокой чувствительности титрования антител, например, который заключается в использовании иммуноадсорбирующего комплексного соединения, образованного, в частности, антигеном, фиксированным на твердой подложке, для улавливания специфических антител, содержащихся в такой биологической среде, как тестируемая сыворотка, причем полученное таким образом иммунокомплексное соединение обнаруживается антителом-антивидом, маркированным энзимом, после чего добавляется специфический субстрат энзима, разрушение которого энзимом выявляет окрашенный продукт, интенсивность окрашивания пропорциональна количеству прореагированного энзима и, следовательно, количеству антитела, имеющегося в тестированной биологической среде, интенсивность окрашивания может быть оценена невооруженным глазом или измерена любым соответствующим методом, в частности, посредством фотометрии.

В вышеописанных иммунологических методах с использованием неоднородной фазы вид этой твердой фазы, которая служит подложкой для иммунологической реакции, является очень важным, так как он определяет чувствительность измерения.

Подложки, предложенные для теста ELISA, являющиеся, в частности, зернами полиакриламида, активированными глутаральдегидом /AVRA-MEAS, TERNINCK, Immunochemistry, 1969, 6, Pae, 53-65/, частицы целлюлозы, активированной бромистым цианом, на которых антитела могут фиксироваться посредством ковалентных связей /ENYVALL, Perlmann, Immunochemistry, 1971, 8, 871-874/, полистирольные трубки, на поверхности которых антигены фиксируются путем простой физической абсорбции /EnYVALL, Perlmann, J.Immun. 1972, 160, 129-136/, диски из бумаги, активированной бромистым цианом, на которых фиксируется антитело или антиген /DriYHTON et coll. Scand. 1974, 29, 166-174/. Однако наиболее распространенными в настоящее время подложками являются поверхности из пластмассы, которые представлены в виде микропластин с 96 углублениями, с плоским дном ν- или V-образной формы, из полистирола или из ПВХ, или стрежней с 8 углублениями.

Была также описана другая подложка, образованная из магнитных шариков, которая позволяет предусматривать автоматизацию осуществляемых способов.

Можно, в частности, назвать магнитные шарики, описанные в европейском патенте N 38730 фирмы РОН ПУЛЕНК СПЕСЬАЛИТЕ ШИМИК, в котором описываются латексы магнитных полимеров, магнитные шарики, описанные в европейском патенте N 125995 ADVANCED MAGNETICS INC. магнитные шарики, описанные в патентах Франции N 2262805 и 2454098 CORNING GLASS WORKS, или шарики, описанные в европейских заявках на патент SERONO DIAGNOSTICS PARTNERS N 105714, 190006, 238353, 249357.

Различные магнитные шарики, описанные в вышеуказанных документах, могут также применяться для проведения иммуноанализа типа ELISA или RIA.

Как метод RIA, так и метод ELISA могут проводиться различными способами.

Для анализа антител, самым простым является косвенный метод. Антиген фиксируется на микропластине /в присутствии альбумина для блокировки незанятых точек/. Добавляется анализируемый серум, а фиксация антител обнаруживается путем добавления соответствующим образом маркированных антител анти-Ig, в частности, связанных с одним энзимом, и количественно определяются спектрофотометром после добавления субстрата энзима.

Для анализа антиген может быть использована техника сравнения. Как по предыдущей технологии, на пластинах всегда фиксируется антиген. Добавляют смесь антигена и небольшое количество антител. Количество антител, зафиксированное на пластине, тем меньше, чем больше антигеновые молекулы нейтрализуют молекулы антител.

Для анализа антиген или антител могут использоваться слойчатые или двухточечные методы. Для анализа антиген микропластины покрывают антителами, затем добавляют антиген, наносится соответствующим образом маркированное специфическое антитело, в частности, связанное с энзимом, и обнаруживается путем добавления субстрата. Однако технология применяется только для двухвалентных антиген или обладающих несколькими определителями. Для анализа антител микропластины, наоборот, покрывают антигеном и последовательно добавляют анализируемое антитело и антиген, маркированный энзимом.

Однако такие способы не полностью поддаются автоматизации, так как они не позволяют осуществить автоматический анализ по меньшей мере одного вещества из множества образцов. Действительно, осуществление этих различных способов позволяет осуществлять только последовательный анализ одного типа /сравнение или иммунозахват/ параметр за параметром либо в непрерывном потоке, либо в прерывистом потоке с невысокой интенсивностью.

Однако желательно, в частности, в лабораториях медицинских анализов иметь автоматические устройства многопараметровых анализов с произвольной выборкой, проводимых с большей скоростью и с меньшей стоимостью.

Многопараметровый анализ с произвольной выборкой позволяет, в частности, на биологическом образце проводить анализ двадцати различных параметров, а на следующем образце анализ, например, только двух параметров.

Заявитель поставил себе цель разработать способ и прибор для автоматического определения и/или анализа по меньшей мере одного вещества, в частности лиганд, антилиганд, гаптен или других биологических молекул, которые лучше отвечают потребностям практики, чем приборы и способы по предшествующему уровню техники, в частности, в том, что они позволяют проводить многопараметровый анализ с произвольной выборкой для каждого образца за относительно короткое время /повышенная скорость выполнения анализов/ и с меньшей стоимостью, они позволяют использовать на много меньше реактивов и более конкретно "монореактивы" более простого применения. Они позволяют выполнять различные типы анализа: сравнение, двуслойчатость, иммунозахват.

Предметом изобретения является промывочное устройство, используемое при осуществлении способа анализа иммунологического типа, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одно средство наведения магнитного поля в нижней части реакционных трубок, содержащих анализируемый образец, и соответствующие реактив/реактивы для выполняемых анализов, причем по меньшей мере один из указанных реактивов представлен в виде магнитных шариков, и одну промывочную головку, содержащую по меньшей мере одно средство всасывания жидкости, содержащейся в указанных трубках, по меньшей мере одно средство распределения промывочной жидкости по указанным трубкам и в известных случаях по меньшей мере одно средство распределения соответствующего субстрата.

Предметом изобретения является также прибор для автоматического проведения иммуноанализа по меньшей мере одного вещества из множества анализируемых образцов за несколько последовательных этапов, составляющих аналитический цикл, отличающийся тем, что он содержит:
(1) модуль образцов, состоящий из множества кронштейнов трубок, содержащих указанные образцы, причем указанный модуль образцов соединен с управляющим микропроцессором,
(2) реакционный модуль, состоящий из
множества кронштейнов трубок, предназначенных для последовательного приема аликвотного количества указанных образцов и аликвотного количества соответствующего реактива, и промывочного устройства, согласно изобретению содержащего средство наведения магнитного поля в нижней части реакционных трубок и промывочную головку, содержащую по меньшей мере одно средство всасывания жидкости, содержащейся в указанных трубках, по меньшей мере одно средство распределения промывочной жидкости в указанных трубках и в известных случаях по меньшей мере одно средство распределение соответствующего субстрата, причем указанный реакционный модуль соединен с управляющим микропроцессором,
(3) модуль реактивов, состоящий из множества кронштейнов трубок, содержащих реактив/реактивы для различных выполняемых анализов, причем по меньшей мере один из указанных реактивов представлен в виде магнитных шариков,
(4) средство отбора и распределения образцов в трубках указанного реакционного модуля,
(5) средство отбора и распределения реактивов в трубках указанного реакционного модуля,
(6) соответствующее средство считывания результатов реакции, проводимой в реакционном модуле,
(7) информационную систему, состоящую из ЭВМ управления различными модулями и средствами (1)-(6), обеспечивающую выполнение последовательности аналитических циклов.

Аналитический цикл согласно изобретению имеет серию этапов, составляющих по меньшей мере одну иммунологическую инкубацию, и серию этапов, составляющих инкубацию проявления, в частности энзиматическую инкубацию, каждый этап соответствует одному числу последовательных положений одной трубки в реакционном модуле, причем время остановки одной трубки в одном положении является постоянным.

Согласно одному из признаков изобретения, промывочная головка неподвижного промывочного устройства реакционного модуля содержит в качестве средств всасывания и распределения кронштейн, снабженный иголками всасывания и распределения соответствующего раствора, причем указанный кронштейн является подвижным по вертикальной оси, а его перемещение синхронизируется с перемещением реакционных трубок.

Согласно другому признаку изобретения, каждое средство наведения магнитного поля преимущественно состоит из пары магнитов, расположенных напротив по обе стороны от двух последовательных реакционных трубок, устанавливаемых посредством вращения реакционного модуля между указанной парой магнитов.

Согласно преимущественному выполнению этого признака, каждая пара магнитов подсоединена к металлической арматуре подвода линий магнитного потока с тем, чтобы наведение магнитного поля было ограничено только двумя последовательными трубками.

Согласно другому признаку прибора, промывочное устройство содержит четыре средства наведения магнитного поля, предпочтительно четыре м пары магнитов.

Кроме того, каждый реакционный модуль, модуль образцов и модуль реактивов содержит приводимый во вращение венец, причем указанные вращения различных венцов синхронизируются посредством информационной системы.

Согласно еще одному признаку прибора, указанный реакционный модуль имеет число положений трубок, соответствующее выполнению по меньшей мере одного аналитического цикла, включающего в себя серию следующих последовательных этапов:
отложение анализируемого образца в положение 1,
отложение соответствующего реактива в положение 4,
предварительное намагничивание в положении 86,
намагничивание и всасывание в положении 87,
промывка в положении 88,
предварительное намагничивание в положении 89,
намагничивание и всасывание в положении 90,
промывка в положении 91,
предварительное намагничивание в положении 92,
намагничивание и всасывание в положении 93,
промывка в положении 94,
предварительное намагничивание в положении 95,
намагничивание и всасывание в положении 96,
возможное распределение субстрата в положении 98,
предварительное намагничивание в положении 82,
считывание результата в положении 83.

В рамках изобретения под промывочной операцией понимается совокупность обязательных этапов иммунологической инкубации, а именно: последовательные этапы предварительного намагничивания магнитных шариков, намагничивания указанных шариков, выполняемого одновременно со всасыванием всплывшего слоя, и распределения промывочного раствора.

Промывочное устройство согласно изобретению позволяет одновременно выполнять несколько промывочных операций на различных реакционных трубках.

Следовательно, некоторые из вышеуказанных этапов являются обязательными
такие, как совокупность этапов, составляющих промывочную операцию, другие этапы, такие как распределение субстрата, могут быть факультативными в зависимости от выбранного маркера.

В рамках изобретения полное вращение реакционного модуля определяется как последовательность заданного числа положений, занимаемых одной трубкой.

Если рассматривать положение 1 как исходное положение каждой трубки, а число положений, например, 100, полное вращение составляет 100 последовательных положений для заданной трубки.

Совокупность этих последовательных этапов составляет, как это определено выше, один аналитический цикл, который включает в себя в случае распределения единственного реактива /"монореакционный" анализ/ два полных оборота реакционного модуля с помощью любого соответствующего средства, в частности электрического двигателя, а в случае распределения двух реактивов /"двухреакционный" анализ/ три полных оборота реакционного модуля, причем считывание результата всегда осуществляется в конце последнего оборота.

Согласно еще одному признаку изобретения, время остановки реакционной трубки в одном положении составляет примерно 5-20 с.

Таким образом, можно выполнить в 1 ч сотню аналитических последовательностей.

Согласно другому признаку изобретения, реакционный модуль связан, кроме того, с устройством регулирования температуры.

Согласно другому признаку изобретения, прибор содержит, кроме того, по меньшей мере одно средство дезактивации путем промывки средств отбора и распределения образцов и реактивов.

Это средство дезактивации преимущество представлено в виде емкости, соединенной через насос и трехканальных электроклапан, например, с резервуаром с соответствующим моющим средством.

Преимуществом предложенного прибора является возможность интегральной автоматизации технологий ELISA, RIA, иммунофлуоресценции и т.д. и возможность одновременного проведения на одном и том же образце, например, анализов на протеины, гаптены и антитела за очень короткое время, составляющее менее 1 ч.

Предметом изобретения является также способ иммуноанализа, в частности, путем сравнения или посредством двухточечного метода за несколько последовательных этапов по меньшей мере одного вещества из множества анализируемых образцов с использованием в качестве твердой подложки соответствующих магнитных шариков, отличающийся тем, что для каждого анализируемого образца он включает
по меньшей мере одну иммунологическую инкубацию, содержащую последовательное распределение аликвотного количества образца, затем аликвотного количества соответствующего реактива в реакционной трубке, приводимой во вращение с постоянной скоростью в момент, когда эта трубка находится в положении, соответствующем указанным распределениям, затем дезактивацию каждой системы отбора и распределения;
введение в контакт образца и соответствующего реактива в течение надлежащего времени, соответствующего продолжительности одного полного оборота реакционной трубки,
по меньшей мере один этап осаждения магнитных шариков, на которых в известных случаях фиксируется обнаруживаемое вещество, путем наведения соответствующего магнитного поля,
по меньшей мере один промывочный этап указанных магнитных шариков и одну инкубацию проявления, содержащую:
в известных случаях распределение и контактирование соответствующего субстрата с указанными шариками в течение надлежащего времени, зависящего от продолжительности вращения указанной реакционной трубки между указанными распределением и этапом считывания результата,
считывание результата любым соответствующим средством, причем указанные этапы являются автоматизированными, составляют выше определенный аналитический цикл и определяются синхронным вращением модулей образцов, реактивов и реакционного модуля, несущих соответственно трубки, содержащие анализируемые образцы, реактивные трубки и реакционные трубки, предназначенные для последовательного приема аликвотных количеств указанных образцов и аликвотных количеств соответствующих реактивов/реактива, содержащих магнитные шарики.

Продолжительность одной иммунологической инкубации в способе по изобретению равна одному полному обороту реакционного модуля, продолжительность одной инкубации проявления также составляет порядка одного полного оборота реакционного модуля и зависит от продолжительности вращения между распределением субстрата и этапом считывания результата, когда способ содержит, например, две иммунологические инкубации, реакционный модуль совершает три оборота до возможности выполнения считывания результата.

Согласно преимущественному осуществлению способа, аналитический цикл содержит только одну иммунологическую инкубацию и одну инкубацию проявления в виде энзиматической инкубации, причем указанные инкубации включают в себя следующие этапы:
1. Иммунологическая инкубация:
а распределение аликвотного количества анализируемого образца в реакционной трубке,
б распределение аликвотного количества соответствующего реактива в указанной реакционной трубке,
в контактирование образца и реактива в течение надлежащего времени, соответствующего продолжительности полного оборота реакционной трубки,
г первое осаждение магнитных шариков с последующими всасыванием всплывшего слоя и второй промывкой,
д второе осаждение магнитных шариков с последующими всасыванием всплывшего слоя и второй промывкой,
е третье осаждение магнитных шариков с последующими всасыванием всплывшего слоя и третьей промывкой,
ж четвертое осаждение магнитных шариков с последующими всасыванием всплывшего слоя.

II. Энзиматическая инкубация
а распределение субстрата и контактирование магнитных шариков с указанным субстратом в течение соответствующего времени, зависящего от продолжительности вращения указанной реакционной трубки между распределение субстрата и этапом считывания результата с последующим осаждением указанных магнитных шариков,
б затем считывание результата, причем каждый из указанных этапов соответствует числу последовательных положений реакционной трубки.

Ниже такой способ назван "монореактивным способом".

Согласно преимущественному осуществлению этого способа, инкубация выполняется в присутствии монореактива, состоящего из предварительной смеси первого реактива R₁, содержащего магнитные шарики, покрытые веществом S₁, специфически связывающимся с обнаруживаемым веществом, и второго реактива R₂, названного "сопряженным", состоящего из соответствующего маркера, связанного с веществом S₂, идентичным или отличным от S₁, которое не реагирует с S₁.

Согласно преимущественному осуществлению этого способа, указанный монореактив состоит из предварительной смеси первого реактива R₁, содержащего магнитные шарики, покрытые веществом S₁, выбранным из группы, которая содержит соответствующие моноклональные антитела, фрагменты F /ab'/₂ соответствующего моноклонального антитела, соответствующие поликлональные антитела, причем указанные антитела направлены к анализируемому веществу, и соответствующие антигены, в частности анализируемое вещество или один из его фрагментов, и второго реактива R₂ или "сопряженного" реактива, состоящего из щелочной фосфатазы, соединенной с веществом S₂, выбранным из группы, которая содержит соответствующие моноклональные антитела, фрагменты F /ab'/₂ соответствующего моноклонального антитела, соответствующие поликлональные антитела, при этом указанные антитела направлены к анализируемому веществу, и соответствующие антигены, в частности анализируемое вещество или один из его фрагментов и комплексные соединения антиген-иммуноглобулин.

Преимуществом такого реактива является его устойчивость в течение 30 дней и более и его особая пригодность к использованию при способе автоматического анализа согласно изобретению.

Согласно другому примеру осуществления предложенного способа, аналитический цикл включает в себя две иммунологические инкубации и одну инкубацию проявления в виде энзиматической инкубации, причем указанный цикл включает следующие этапы.

1. Первая иммунологическая инкубация:
а отложение аликвотного количества анализируемого образца в реакционной трубке,
б отложение аликвотного количества соответствующего реактива в указанной реакционной трубке,
в введение в контакт образца и реактива в течение определенного времени, соответствующего продолжительности полного оборота реакционной трубки,
г первое осаждение магнитных шариков с последующими всасыванием всплывшего слоя и первой промывкой,
д второе осаждение магнитных шариков с последующими всасыванием всплывшего слоя и второй промывкой,
е третье осаждение магнитных шариков с последующими всасыванием всплывшего слоя и третьей промывкой,
ж четвертое осаждение магнитных шариков с последующим всасыванием всплывшего слоя.

II. Вторая иммунологическая инкубация: второй раз выполняются этапы б-ж.

III. Энзиматическая инкубация:
з распределение субстрата и введение в контакт магнитных шариков с указанным субстратом в течение соответствующего времени, зависящего от продолжительности вращения указанной реакционной трубки между распределением субстрата и этапом считывания результата, с последующим осаждением магнитных шариков,
и считывание результата, причем каждый из указанных этапов соответствует числу последовательных положений реакционной трубки.

Ниже такой способ назван "двуреактивным способом".

Согласно предпочтительному осуществлению этого способа первая иммунологическая инкубация выполняется в присутствии первого реактива R₁, состоящего из магнитных шариков, покрытых веществом S₁, специфически связывающимся с обнаруживаемым веществом, а вторая иммунологическая инкубация осуществляется в присутствии второго реактива R₂, названного "сопряженным" реактивом, состоящим из соответствующего маркера, связанного с веществом S₂, идентичным или отличным от S₁, которое не вступает в реакцию с S₁.

Согласно предпочтительному примеру, первая иммунологическая инкубация осуществляется в присутствии первого реактива R₁, состоящего из магнитных шариков, покрытых веществом S₁, выбранным из группы, которая содержит соответствующие моноклональные антитела, фрагменты F /ab'/₂ соответствующего моноклонального антитела, соответствующие поликлональные антитела, причем указанные антитела направлены к анализируемому веществу и соответствующие антигены, в частности анализируемое вещество или один из его фрагментов, а вторая иммунологическая инкубация осуществляется в присутствии второго реактива R₂ или сопряженного реактива, состоящего из щелочной фосфатазы, соединенной с веществом S, выбранным из группы, которая содержит соответствующие моноклональные антитела, фрагменты F /ab'/₂ соответствующего моноклонального антитела, соответствующие поликлональные антитела, при этом указанные антитела направлены к анализируемому веществу, и соответствующие антигены, в частности анализируемое вещество или один из его фрагментов и комплексные соединения антиген-иммуноглобулин.

Для некоторых анализируемых веществ необходим аналитический цикл, включающий в себя только одну иммунологическую инкубацию и одну инкубацию проявления, в частности неограниченно речь идет об -фето-протеине /AFP/, LH, FSH, hcG, IgE и о пролактине.

Для других веществ аналитический цикл включает в себя две иммунологические инкубации и одну инкубацию проявления, неорганиченно, речь идет, в частности, о TSH, T3 об общем T4, о свободном Т4 и о кортизоле или же об антителах, которые появляются при инфекциях, в частности вследствие паразита (токсоплазмоза, например), вирус (краснуха, VIH, например) или микроорганизма (например, chlamydia).

Для этих последних веществ (антитела) предложенный способ позволяет выполнять анализы, исключая обычно необходимый предварительный этап разбавления.

Согласно еще одному примеру, предложенный способ включает, кроме того, этап многопараметрового тарирования, в частности, выполняемого перед анализом образцов.

Предложенный способ обладает определенными преимуществами:
не требует тарирования каждой серии анализов, так как достаточно тарирования различных партий реактивов,
позволяет также тарировать в ходе одного единственного этапа все вещества, которые в известных случаях могут анализироваться,
кроме того, он позволяет проводить многопараметровый анализ одного образца,
позволяет также получать относительно высокую скорость анализа (например, 100 анализов на 50 минт).

Кроме того, предметом изобретения является реактив иммунологического анализа, состоящий из магнитных шариков, покрытых веществом, специфически связывающимся с анализируемым веществом, в суспензии в соответствующей жидкости, отличающийся тем, что указанные шарики образованы органической матрицей, содержащей магнитный наполнитель, причем указанные шарики имеют соотношение масса магнетизируемого вещества/масса немагнетизируемого вещества, которое превышает или равно 45%
Согласно особо преимущественному выполнению указанного реактива, он состоит из магнитных шариков, соотношение масса магнетизируемого вещества/масса немагнетизируемого вещества которых составляет 60-70%
Особо преимущественным способом является такой, при котором органической матрицей является такой полимерный латекс, как полистирол или дивинилбензол.

Предпочтительно указанным реактивом являются магнитные шарики диаметром менее 1,5 мкм и более конкретно 0,7-1,5 мкм.

Можно назвать, в частности, магнитные шарики, обладающие такими свойствами, частицы, описанные в европейском патенте N 38730 на имя РОН-ПУЛЕНК СПЕСЬЯЛИТЕ ШИМИК и названные шарики "ЭСТАПОР".

Преимущественно указанный реактив состоит из магнитных шариков, покрытых веществом S₁, выбранным из группы, которая содержит соответствующие моноклональные антитела, фрагменты F /ab'/₂ соответствующего моноклонального антитела, соответствующие поликлональные антитела, причем указанные антитела направлены к анализируемому веществу, и соответствующие антигены, в частности анализируемое вещество или один из его фрагментов.

Сцепление указанного вещества на таких магнитных частицах может осуществляться посредством техники сцепления посредством ковалентных связей, описанный по предыдущему уровню техники, в частности согласно оперативному способу, описанному авторами Wood et coll. Jomnall of Clinical chemistry and Clinical Biochemistry, vol. 21, 1983, p. 789-797.

Согласно другому способу выполнения указанного реактива, он состоит из предварительной смеси, содержащей указанные магнитные шарики, покрытые веществом S₁, и сопряженное вещество, образованное соответствующим маркером, связанным с веществом S₂, идентичным или отличным от S₁ и который не вступает в реакцию с S₁, причем указанная предварительная смесь выполняется для осуществления способа согласно изобретению.

Согласно преимущественному примеру этого способа выполнения, реактив содержит сопряженное вещество, состоящее из щелочной фосфатазы, связанной с веществом S₂, выбранным из группы, которая содержит соответствующие моноклональные антитела, фрагменты F /ab'/₂ соответствующего моноклонального антитела, соответствующие поликлональные антитела, причем указанные антитела направлены к анализируемому веществу, и соответствующие антигены, в частности анализируемое вещество или один из его фрагментов и комплексные соединения антиген-иммуноглобулин.

Указанный реактив состоит, в частности, из раствора, содержащего 0,1% в соотношении вес/объем магнитных шариков (т. е. 1 г магнитных шариков в 1 л соответствующего буферного раствора).

Такой реактив особенно приспособлен для автоматизации, в вышеописанном приборе, способа согласно изобретению, так как, оставаясь твердой фазой, с ним можно работать как с жидкостью, получая таким образом выигрыш по времени и простоту при выполнении различных операций, необходимых для технологии иммунологического анализа, в частности для метода ELISA.

Кроме того, повышенный магнитный заряд шариков позволяет под действием соответствующего магнитного поля иметь исключительно короткую продолжительность намагничивания, позволяющую иметь полное отделение указанных шариков от всплывшего слоя. В качестве примера, эта продолжительность намагничивания составляет 15 с под действием магнитного поля, образованного двумя магнитами примерно в 1023 Т, позволяющего получать повышенную скорость выполнения анализов на автоматическом анализаторе.

Кроме того, большая реакционная поверхность магнитных шариков позволяет независимо от анализируемого вещества иметь продолжительность иммунологической инкубации, всегда равной полному обороту реакционного модуля.

Кроме того, предметом изобретения является готовый к применению диагностический комплект, отличающийся тем, что он представлен по меньшей мере одним иммунологическим диагностическим реактивом согласно изобретению.

На фиг. 1 схематически показан прибор согласно изобретению; на фиг. 2 - схематический вид в перспективе промывочной головки; на фиг. 3 схематическая иллюстрация работы промывочного устройства; на фиг. 4 схематическая последовательность этапов, выполняемых на уровне реакционного модуля; на фиг. 5 схематический вид дезактивационного устройства.

Эти чертежи и соответствующие описательные разделы приводятся только в качестве иллюстрации предмета изобретения и не являются ограничением.

Прибор согласно изобретению схематически показан на фиг. 1.

Он включает в себя модуль образцов А, реакционный модуль С и модуль реактивов E, причем каждый модуль состоит в основном из венца, снабженного кронштейнами трубок, которые являются съемными и приводятся во вращением электрическим двигателем под управлением микропроцессора. Блок управления в виде ЭВМ обеспечивает координацию работы, в частности вращений трех модулей А, С и E таким образом, что они работают синхронно.

Модуль образцов А содержит кронштейн, предназначенный для приема множества трубок ТЕ, расположенных венцом, каждая из которых содержит один образец биологической среды, из которой по меньшей мере одно вещество подлежит анализу. Преимущественно кронштейн может иметь вторую серию гнезд, предназначенных для приема ковшов, содержащих калибровочные растворы.

Модуль реактивов E удерживает множество трубок или ковшей, содержащих соответствующие реактивы для выполнения различных анализов, и соединен с лапой 1 для отбора и распределения указанных реактивов.

Модуль образцов A соединен с лапой B для отбора и распределения образцов.

Реакционный модуль С удерживает множество реакционных трубок и содержит неподвижное промывочное устройство, состоящее из промывочной головки L и по меньшей мере из одного средства наведения магнитного поля в нижней части реакционных трубок.

В предпочтительном способе выполнения прибора согласно изобретению промывочная головка L представлена в виде кронштейна игл всасывания и распределения, причем указанный кронштейн лежит на консоли и является подвижным по вертикальной оси.

Предпочтительно и неограниченно кронштейны игл снабжены четырьмя иглами всасывания, тремя иглами распределения одного промывочного раствора и одной иглой распределения субстрата.

Преимущественно реакционный модуль С может выдерживаться при температуре 37^oC.

В предпочтительном способе выполнения этого прибора модуль образцов А может содержать до 36 трубок Те, в частности таких трубок для отбора, которые обычно используются в лабораториях медицинских анализов, и до 18 калибровочных ковшов. Модуль реактивов E может содержать до 20 ковшов, которые могут содержать до 100 мл реактива, а реакционный модуль С удерживает 100 реакционных трубок (4 плато с 25 кюветами), которые, следовательно, могут занимать 100 различных угловых положений, в которых они делают остановку, с постоянной продолжительностью, которая преимущественно составляет 10 с.

Лапа В для отбора и распределения образцов состоит из кронштейна для иглы, лежащего на консоли, одной иглы соответствующего диаметра и одного емкостного щупа уровня, который позволяет, независимо от объема образца, содержащегося в одной трубке Те, погружать конец иглы в образец на заранее определенную постоянную глубину. В предпочтительном способе выполнения прибора объем образца, который может отбираться лапой В для отбора и распределения образца, составляет 10-150 мкл.

Предпочтительно указанная лапа В снабжена устройством для внутренней и наружной дезактивации иглы между двумя отборами, содержащим (см.фиг.5):
контакт дезактивации 101, содержащий отверстие 102 в своей верхней части, содержащей дезактивирующую жидкость, и включенных в камеру 103, снабженную средством опорожнения 104,
шприц 105, соединенный с одной стороны с верхней частью иглы 106, подлежащей дезактивации, посредством гибкой трубки 107 и с другой стороны с 3-х канальным электроклапаном 108, соединенным петлей с резервуаром дезактивирующего раствора 109 и с перистальтическим насосом 110.

После отложения аликвотного количества образца в реакционной трубке Те лапа В поворачивается для подачи дезактивируемой иглы в дезактивирующий контакт, когда электроклапан открывается, дезактивирующий раствор, содержащийся в дезактивирующем контакте, проходит в течение одной секунды в дезактивируемой игле, когда клапан закрывается, шприц всасывает объем, например 200 мкл, дезактивирующего раствора, затем клапан открывается и одновременно шприц выталкивает под давлением 150 мкл и сохраняет 50 мкл дезактивирующего раствора, который послужит объемным дополнением для следующего аликвотного количества образца, которое должно отбираться, затем откладываться в реакционной трубке, игла выталкивает дезактивирующую жидкость с давлением, достаточным для возможности подъема указанной жидкости с целью промывки иглы с наружной стороны. Жидкость проходит в отверстие контакта, а избыточное количество удаляется через средство опорожнения камеры, электроклапан закрывается, лапа В перемещается для извлечения иглы из дезактивирующего контакта и размещения ее над отбираемым образцом на модуле образцов А.

В ходе промывки шприц действует на расход дезактивирующего раствора и способствует таким образом промывке.

Лапа В отбирает аликвотное количество указанного образца и откладывает его с объемным дополнением, удерживаемым в шприце, в реакционной трубке, расположенной в положении 1 реакционного модуля С.

Преимущественно дезактивирующим раствором является известный детергент, например, "Твин".

Три операции: отбор образца, распределение образца и дезактивация иглы, управляемые микропроцессором модуля образцов, проводятся в течение времени остановки реакционной трубки в положении 1 реакционного модуля, т.е. преимущественно в течение 10 с.

Если следующий анализ проводится на одном и том же образце, только реакционный модуль С подается на одну трубку, причем указанный модуль образцов А остается неподвижным. В противоположном случае на одну трубку совместно перемещаются оба модуля: реакционный С и образцов А. Распределение образца в положении 1 реакционного модуля повторяется для всех образцов, имеющихся на модуле образцов, а для заданного образца для всех анализируемых веществ в указанном образце.

Модуль реактивов E снабжен лапой D для отбора и распределения реактивов, аналогичной лапе В для отбора и распределения образцов, которая может преимущественно быть снабжена сравнимым дезактивирующим устройством. В предпочтительном способе выполнения прибора согласно изобретению объем реактива, который может отбираться и распределяться, составляет 50-400 мкл.

Когда первая реакционная трубка, в которой выполнено отложение аликвотного количества образца, поступает в положение 4 реакционного модуля, лапа D для отбора реактивов отбирает на уровне модуля реактивов, E аликвотное количество соответствующего реактива и откладывает его в указанной реакционной трубке в положение 4. В этом случае реакционный модуль перемещается на одно положение для подачи следующий реакционной трубки в положении 4. Поворот модуля реактивов E независимо от поворота двух других модулей осуществляется в зависимости от реактива, который должен откладываться в каждой из трубок, последовательно поступающих в положение 4 реакционного модуля С и содержащих аликвотное количество анализируемого образца.

Преимущественно модуль реактивов E может содержать средства перемешивания реактивов с возможностью выдерживания в суспензии магнитных шариков, гарантируя их однородность. Перемешивание реактивов выполняется, в частности, путем поочередного поворота венца, составляющего модуль реактивов и происходящего в течение 20 с каждые 10 мин, когда прибор находится в рабочем состоянии, и непрерывно в ходе осуществления отборов и распределений реактивов.

На фиг. 2 показана промывочная головка L, соединенная с реакционным модулем С, которая содержит кронштейн для игл, который преимущественно несет 4 иглы всасывания 20₁- 20₄, 3 иглы распределения промывочного раствора 21₁- 21₃ и 1 иглу распределения субстрата 22, причем указанные иглы располагаются в определенном порядке.

Четыре иглы всасывания 20₁-20₄ соединяются в их верхней части с двумя насосами посредством гибкой трубки, которые размещаются в верхней части сборного флакона.

Три иглы распределения промывочного раствора соединены в их верхней части с тремя 3-х канальными электроклапанами посредством трубки, которые сами соединены с одной стороны с коллектором, с другой стороны с перистальтическим насосом, которые соединены с резервуаром, содержащим промывочный раствор.

Игла распределения субстрата соединяется своей верхней частью с одним электроклапаном, соединенным с флаконом субстрата.

Вертикальное перемещение кронштейна игл и синхронизация работы различных средств, составляющих промывочную головку L, управляются микропроцессором реактивного модуля С.

В предпочтительном примере выполнения прибора, промывочное устройство содержит 4 неподвижных средства наведения магнитного поля в нижней части реакционных трубок, причем каждое из указанных средств образовано парой постоянных магнитов 50, причем каждый магнит обладает магнитной индукцией примерно в 1023 Т. Магниты имеют размер, соответствующий поверхности, занимаемой двумя реакционными трубками, позволяя, таким образом, одновременно подавать магнитное поле на две последовательные трубки.

Как показано на фиг. 3, оба магнита одной пары размещаются напротив и по обе стороны от двух реакционных трубок. Каждая пара магнитов соединена с металлической арматурой вывода линий магнитного потока, позволяя фокусировать магнитное поле только на две реакционные трубки, подведенные путем поворота реакционного модуля между указанной парой магнитов, и выводить верхнюю реакционную трубку и нижнюю реакционную трубку из магнитного поля.

На фиг. 3 схематически показана работа промывочного устройства в предпочтительном примере выполнения прибора согласно изобретению, в котором указанное устройство занимает положения 86-98 реакционного модуля с четырьмя парами магнитов, соответственно расположенных в положениях 86-87, 89-90, 92-93, 95-96, четыре иглы всасывания, расположенные соответственно в положениях 87, 90, 93, 96, три иглы распределения промывочного раствора в положениях 88, 91, 94 и игла распределения субстрата в положении 98 реакционного модуля. Продолжительность намагничивания, необходимая для осаждения указанных шариков, составляет порядка 15 с.

Когда одна трубка подается в положение 86 указанного модуля, выполняется предварительное намагничивание магнитных шариков на высоте первой пары магнитов и позволяет отделять их от жидкой среды инкубации, затем в положение 87, в котором находится первая игла всасывания, намагничивание магнитных шариков завершает указанное отделение и выполняется всасывание жидкости, содержащейся в трубке, в положении 88, промывка магнитной шариков, осажденных в положении 87, выполняется с помощью первой промывочной иглы, и снова выполняется последовательность предварительное намагничивание, намагничивание-всасывание, промывка в положениях 89, 90, 91, 92, 93, 94, затем выполняется последняя последовательность, содержащая распределение субстрата вместо промывки в положениях 95, 96, 98.

Такое устройство позволяет каждой трубке последовательно подвергаться нескольким промывочным операциям, каждая из которых включает предварительное намагничивание магнитных шариков, намагничивание, сопряженное с всасыванием всплывшего слоя, и распределение промывочного раствора с сохранением постоянной скорости поворота реакционного модуля.

Реакционный модуль содержит, кроме того, соответствующее средство считывания иммунологической реакции, причем указанное средство считывания может быть, в частности, фотометром с интерференциальными фильтрами, позволяющим осуществлять систематическое считывание с каждой реакционной трубки или кюветы на трех различных длинах волн. Преимущественно средство считывания может соединяться со средством наведения магнитного поля в нижней части реакционных трубок, с которых должно проводиться считывание.

Такой прибор позволяет, в частности, анализировать hCG, TSH, общий и свободный Т3, общий и свободный Т4, кортизол, IgG или IgM, имеющиеся, в частности, при следующих инфекциях, токсоплазмоза, краснуха, инфекции с chlamydia гепатит, инфекции с VIH, полипептиды и протеины такие, как AFP и ACE.

Преимущественно, маркером может быть щелочная фосфатаза.

На фиг. 4 показана последовательность этапов вышеопределенного одного аналитического цикла, включающего в себя одну иммунологическую инкубацию и одну энзиматическую инкубацию при способе выполнения установки, содержащей 100 трубок на уровне реакционного модуля:
в положении 1, имеется отложение анализируемоего образца,
в положении 4, имеется отложение реактива,
в положении 86, происходит первое предварительное намагничивание,
в положении 87, происходит первое намагничивание и всасывание,
в положении 88, происходит первая промывка,
в положениях 89, 90 и 91 выполняется вторая серия предварительного намагничивания, намагничивания, всасывания и промывки,
в положениях 92, 93 и 94 выполняется третья серия предварительного намагничивания, намагничивания, всасывания и промывки,
в положениях 95, 96 и 98 выполняется четвертая серия, которая включает в себя распределение субстрата щелочной фосфатазы (PNPP), предварительное намагничивание, намагничивание, всасывание и распределение субстрата,
считыванию реакции предшествует предварительное намагничивание в положении 82, само считывание имеет место в положении 83 с помощью соответствующей системы считывания, в частности фотометра с интерференциальными фильтрами с систематическим считыванием на трех различных длинах волн, причем это не носит ограничительного характера.

Этот прибор позволяет, в частности, выполнять иммуноэнзиматические анализы следующим образом:
Пример 1.

Пример осуществления способа иммуноанализа с помощью прибора согласно изобретению: анализы в одном и том же серуме hCG пролактина, IgG анти-chlamydia, IgG антикраснуха, IgG антитоксоплазмоза.

В этом примере анализ IgG и IgМ антитоксоплазмоза, IgG антикраснуха, IgG анти-chlamydia требует двух иммунологических инкубаций: первая в присутствии первого реактива R₁, состоящего из магнитных шариков, связанных с веществом S₁, специфически связывающимся с анализируемым веществом, вторая в присутствии второго реактива R₂ или "сопряженного" содержащего маркер, связанный с веществом S₂, идентичным или отличным от S₁, но который не вступает в реакцию с S₁, в то время как анализ hCG и пролактина требует только одной иммунологической инкубации с предварительным смешиванием вышеуказанных реактивов R₁ и R₂.

Использованные в этом примере реактивы R₁ получают с частицами полистироллатекса диаметром 0,7-1,5 мкл, содержащие магнитный наполнитель и соотношение масса магнетизируемоего вещества/масса немагнитизируемого вещества составляет 60-70%
Эти шарики, названные "Шарики ЭСТАПОР", поставляются фирмой РОН-ПУЛЕНК СПЕСЬЯЛИТЕ ШИМИК.

Соединение вещества S₁ /моноклональные антитела, фрагменты F/ab'/₂ моноклональных антител, поликлональные антитела выполняют согласно оперативному способу, описанному авторами Wood et соll. Journall of Clinical Chemistry and Clinical Biochemistry, vol. 21, 1983, p. 789-797.

Реактивы R₂ или сопряженные реактивы получают согласно оперативному способу, аналогичному способу, описанному по источнику AVRAMEAS в Immunochemistry 5, 43, 1969. Выбранным маркером является щелочная фосфатаза /РАL/. Субстратом проявления является паранитрофенилфосфат /PNPP/.

В табл. 1 указаны состав и концентрация использованных реактивов.

В табл. 2 указаны необходимые количества, выраженные в мкл, различных подлежащих распределению продуктов в зависимости от анализируемого вещества.

В этом примере, модуль реактивов E содержит:
в положении 1 монореактив hCG, содержащий шарики "ЭСТАПОР", покрытые фрагментом F/ab'/2 моноклонального антитела, направленного к hCG, и сопряженную щелочную фосфатазу /PAL/ фрагмент F/ab'/₂2 моноклонального антитела, направленного к hCG, отличного от первого,
в положении 2, пролактиновый монореактив, содержащий шарики "ЭСТАПОР", покрытые фрагментом F/ab'/₂ моноклонального антитела, направленного к пролактину, и сопряженную щелочную фосфатазу /РАL/ -- фрагмент F/ab'/₂ моноклонального антитела, направленного к пролактину, отличного от первого,
в положении 3, реактив R₁ для анализа IgG антитоксоплазмозы, содержащий шарики"ЭСТАПОР", покрытые токсоплазмическим антигеном,
в положении 4, реактив R₄ для анализа IgG антитоксоплазмозы, состоящий из щелочной сопряженной фосфатазы /PAL/ поликлонального антитела человеческого анти-IgG,
в положении 5, реактив R₁ от краснухи, содержащий магнитные шарики, покрытые краснушным антигеном,
в положении 6, реактив R₂ от краснухи, состоящий из щелочной сопряженной фосфатазы /PAL/-поликлонального антитела человеческого анти-IgG,
в положении 7, реактив R₁, анти-Chlamydia, содержащий магнитные шарики, покрытые антигеном chlamydia,
в положении 8, реактив R₂ анти-Сhlamydia, состоящий из щелочной сопряженной фосфатазы /PAL/-поликлонального антитела человеческого анти-IgG,
в положении 9, реактив R₁, для анализа IgM антитоксоплазмозы, содержащий магнитные шарики, покрытые фрагментом F/ab'/₂ моноклонального антитела антитоксоплазмозы,
в положении 10, реактив R₂ для анализа IgM антитоксоплазмозы, состоящий из комплексного соединения, образованного очищенным токсоплазмическим антигеном, маркированным Ig животного происхождения, сопряженным с щелочной фосфатазой,
модуль образцов А содержит анализируемую трубку серума.

Следовательно, шесть реакционных трубок по очереди принимают в положении 1 реакционного модуля С соответствующее количество серума и соответствующее количество "flush", распределенные лапой В для отбора и распределения образцов. Затем, когда каждая из трубок поступает в положение 4 на реакционном модуле С, она принимает соответствующее количество:
для трубки 1, монореактива hCG,
для трубки 2, пролактинового монореактива,
для трубки 3, реактива R₁ IgG антитоксоплазмозы,
для трубки 4, реактива R₁ IgG антикраснухи,
для трубки 5, реактива R₁ IgG анти-chlamidia,
для трубки 6, реактива R₁ IgМ антитоксоплазмозы.

Для анализов hCG и пролактина, требующих только одной иммунологической инкубации, аналитическая последовательность продолжается до распределения субстрата, когда трубки поступают в положение 98 реакционного модуля, что соответствует выполнению полного оборота указанного модуля. В ходе следующего оборота выполняют предварительное намагничивание в положении 82 и считывание каждой реакции в положении 83 с тремя различными длинами волн /405, 450 и 604 нм/.

Для анализов, требующих две иммунологические инкубации, первую инкубацию выполняют вышеуказанным способом, за исключением распределения субстрата в положении 98: действительно, когда трубки поступают в положение 4 второго оборота реакционного модуля С, они принимают соответствующее количество:
для трубки 3, реактива R₂ IgG антитоксоплазмозы,
для трубки 4, реактива R₂ IgG антикраснухи,
для трубки 5, реактива R₂ IgG анти-chlamydia,
для трубки 6, реактива R₂ IgM антитоксоплазмозы, для выполнения второй иммунологической инкубации, которая продолжается до распределения субстрата в положении 98 второго оборота модуля, последующее предварительное намагничивание и считывание результата соответственно выполняют в положении 82 и 83 третьего оборота указанного модуля.

В табл. 3 представлен аналитический цикл каждого вещества.

За время остановки реакционных трубок в каждом положении реакционного модуля С в течение 10 с первый результат получают по истечении 30 мин для анализов, требующих только одной иммунологической инкубации, и по истечении 47 мин -для анализов, требующих двух иммунологических инкубаций.

Таким образом, время, необходимое для выполнения 100 анализов, требующих одной иммунологической инкубации, составляет около 50 мин, а время, необходимое для выполнения 100 анализов, требующих двух иммунологических инкубаций, составляет около 65 мин.

Вышеописанный пример относится к анализу нескольких различных веществ, имеющихся в одном и том же образце серума. Понятно, что можно анализировать в другом образце серума только одно вещество такое, как, например, пролактин. Следовательно, речь идет о многопараметровом анализе с произвольной выборкой, позволяющем обнаруживать разное число веществ в каждом образце.

Следует отметить, что вышеописанный способ, осуществленный в приборе согласно изобретению имеет то преимущество, что он включает в себя инкубационные этапы одной и той же продолжительности независимо от заданного вещества, при этом концентрация сопряженного соединения, соответствующего каждому веществу, регулируется таким образом, чтобы инкубационные этапы действительно имели одну и ту же продолжительность.

Пример 2. Анализ 15 различных параметров
В табл. 4 указаны количества различных добавляемых веществ.

В основном реактив, использованный для анализа веществ, которые требуют только одной иммунологической инкубации, состоит из шариков, покрытых фрагментом F/ab'/₂ моноклонального антитела, направленного к анализируемому веществу, и сопряженного РАL-F/ab'/₂ моноклонального антитела, отличного от первого и направленного к анализируемому веществу.

Относительно веществ, которые требуют двух иммунологических инкубаций:
кортизол: первый реактив состоит из шариков, покрытых поликлональными антителами антикортизола, а второй реактив состоит из кортизола, маркированного посредством PAL,
общий Т3, свободный Т3, общий Т4 и свободный Т4: первый реактив состоит из шариков, покрытых моноклональными антителами анти-Т3 или Т4 в виде F/ab'/₂, а второй реактив состоит из Т3 или Т4, маркированных посредством PAL,
TSH: первый реактив состоит из шариков, покрытых моноклональными антителами анти-TSH в виде F/ab'/₂, а второй реактив состоит из фрагмента F/ab'/₂ другого моноклонального антитела, направленного к TSH, маркированного посредством PAL.

Как в примере 1, можно программировать анализ числа различных параметров для каждого анализируемого образца.

Пример 3. Роль магнетизируемой массы реактивов при осуществлении способа.

Выполняется анализ, описанный в вышеуказанном примере 1, с магнитными шариками (ДИНАЛ С.А.), имеющими следующие характеристики:
Диаметр 2,8 мкм±0,2 мкм
Коэффициент изменения 5% (обычно <2%)
Масса магнетизируемого вещества 12±2%
Если масса магнетизируемого вещества составляет 12% шарики всасываются при промывке и, следовательно, нельзя получить какой-либо результат, зато магнитные шарики согласно изобретению, масса магнетизируемого вещества которых превышает 45% позволяют получать результаты в очень короткие сроки.

Таким образом, как это вытекает из вышеуказанного, изобретение совершенно не ограничивается более подробно описанными вариантами осуществления, выполнения и применения, наоборот, оно охватывает все варианты, которые не выходят за рамки и объем настоящего изобретения.

Реферат

Использование: изобретение относится к медицине и может быть использовано при автоматическом проведении иммуноанализа. Сущность изобретения: устройство для автоматического проведения иммуноанализа содержит модуль образцов, реакционный модуль, модуль реактивов и промывочную систему. Промывочная система содержит средство наведения магнитного поля в нижней части трубок реакционного модуля и промывочную головку. Кроме того, в устройстве используется управляющий микропроцессор и информационная система, состоящая из ЭВМ управления модулями и обеспечивающая выполнение последовательности этапов аналитического цикла. 4 с. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 табл.

Формула